JPWO2006123497A1

JPWO2006123497A1 - 摺動部材

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Publication number: JPWO2006123497A1
Application number: JP2006529395A
Authority: JP
Inventors: 若林　優輔; 優輔若林; 櫻井　茂行; 茂行櫻井; 秋田　秀樹; 秀樹秋田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2008-12-25
Also published as: WO2006123497A1

Abstract

油圧ポンプ、モータ等の油圧機器のシリンダ内面やエンジンピストンリング等に用いる鋳鉄製の摺動部材２００において、その摺動面Ｓ１を含む表面部分の金属組織を、黒鉛２３と、この黒鉛２３の輪郭をブルズアイ状に取り囲むマルテンサイト２４（第１マルテンサイト）と、この第１マルテンサイト２４の外側に位置するフェライト２１及び通常のマルテンサイト２５（第２マルテンサイト）とから構成させるものとする。これにより、摺動面上に早期に油溜まりを形成可能とし、潤滑特性に優れた鋳鉄製の摺動部材を提供することができる。

Description

本発明は鋳鉄製の摺動部材に係り、特に油圧ポンプ、モータ等の油圧機器のシリンダ内面やエンジンピストンリング等に適用する鋳鉄製の摺動部材に関する。

油圧ポンプ、モータ等の油圧機器のシリンダ内面やエンジンピストンリング等には鋳鉄製の摺動部材が用いられている。この鋳鉄製の摺動部材には耐摩耗性と潤滑油保持性（保油性）が求められている。鋳鉄製の摺動部材に耐摩耗性と保油性を持たせる技術として特開昭６０−２１３５５号公報に記載の技術がある。この技術は、摺動面の金属組織がパーライト、フェライト及び黒鉛からなるように鋳造した後、その摺動面をレーザにより急熱急冷処理して表面焼入れし、摺動面のフェライトの実質的に全量を黒鉛の輪郭をブルズアイ状に取り囲み硬度が極めて高いマルテンサイト（第１マルテンサイト）に変態させ、パーライト部分を通常のマルテンサイト（第２マルテンサイト）に変態させるものであり、このように鋳鉄材の摺動面を第１マルテンサイトと第２マルテンサイトという硬度差を持った組織で構成することで、摺動時に摩耗差を生じさせ、この摩耗差により、摺動面に窪み（凹部）を形成し、この凹部を油溜まりとして機能させることで、保油性を持たせ摺動特性を向上させている。

特開昭６０−２１３５５号公報

上記従来技術の摺動部材において、摺動面に窪みを形成するためには、レーザで熱処理を行った後に研磨加工を行う必要がある。ここで、本発明者らの測定によると、第１マルテンサイトの硬度は、Ｈｖ７５０〜８５０であるのに対して、凹部となる第２マルテンサイトの硬度は、Ｈｖ６００〜７５０であり、両者の硬度差は比較的小さい。その結果、両者の摩耗の速度差も小さくなり、油溜まりとなる凹部を持つ形状に加工するには、研磨加工を長期的に行う必要がある。これは、摺動部材のコストアップの要因となる。

また、上記の研磨工程を省いて凹部が無い状態の摺動部材を製品に組み込み、ならし運転時に相手材との摺動によって発生する摩耗により凹部を形成することも考えられる。しかしながら、上記の研磨工程の場合と同様に、第１マルテンサイトと第２マルテンサイトとの摩耗の速度差が小さいために、油溜まりとなる凹部を持つ形状とするには長期的な摺動が必要となり、早期に高潤滑状態が得られないという問題がある。

本発明の目的は、早期に油溜まりを形成可能とし、潤滑特性に優れた鋳鉄製の摺動部材を提供することにある。

（１）本発明は、上記目的を達成するために、摺動面の金属組織を、黒鉛と、前記黒鉛の輪郭を取り囲む第１マルテンサイトと、前記第１マルテンサイトの外側に位置するフェライト及び第２マルテンサイトとで構成するものとする。

このように構成した摺動面を持つ摺動部材に研磨加工をすると、黒鉛、第１マルテンサイト（硬度：Ｈｖ７５０〜８５０）及び第２マルテンサイト（硬度：Ｈｖ６００〜７５０）と比較して硬度の低いフェライト（硬度：Ｈｖ５０〜１５０）が選択的に容易に摩耗されるので、早期に摺動面に凹部を設けることが可能になる。また、この摺動部材を上記の研磨加工を省いて凹部の無い状態で油圧機器等の製品に組み込み、ならし運転時に相手材との摺動によって発生する摩耗により凹部を設けることも可能になる。このように形成した凹部は摺動部材の油溜まりとして機能し、摺動時において早期から高潤滑な状態を得ることが可能になる。

（２）また、本発明は、上記目的を達成するために、摺動面の金属組織を、黒鉛と、前記黒鉛の輪郭を取り囲む第１マルテンサイトと、前記第１マルテンサイトの外側に位置するフェライト及び第２マルテンサイトとで構成し、前記摺動面のフェライト部分に油溜まりを形成するものとする。

このように構成した摺動面を持つ摺動部材を油圧機器等の製品に組み込むと、摺動面のフェライト部分に形成された油溜まりにより、摺動時において早期から高潤滑な状態を得ることが可能になる。

（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記摺動面の前記黒鉛を除いた表面積に対する前記フェライトの面積率を、１０％〜９０％の範囲としたものとする。

これにより、製品組み込み前の研磨加工やならし運転による摺動などの工程を省略しても利用可能となり、安定した潤滑特性を有する摺動部材を得ることが可能になる。

（４）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記摺動面の前記黒鉛を除いた表面積に対する前記フェライトの面積率を、１３％〜８７％の範囲としたものとする。

これにより、製作工程中に発生する品質のバラツキに影響されることなく、製品組み込み前の研磨加工やならし運転による摺動などの工程を省略しても利用可能となり、さらに確実に安定した潤滑特性を有する摺動部材を得ることが可能になる。

本発明によれば、早期に高潤滑な状態が得られ、加工コストが低く高性能な鋳鉄製の摺動部材を得ることができる。

図１は本発明の実施の形態に係わる鋳鉄製の摺動部材の摺動面を含む表面部分の金属組織の構成を示す図である。図２は本発明の実施の形態の摺動部材を得るための素材である鋳鉄材の表面を含む表面部分における金属組織の構成を示す図である。図３は図１に示した摺動部材に研磨加工または、ならし運転による摺動を実施した後の摺動面を含む表面部分の金属組織の構成を示す図である。図４は本発明の実施の形態に係わる鋳鉄製の摺動部材に焼入れを行う際に用いるレーザ焼入れ装置の構成を示す図である。図５は鋳鉄材にレーザ焼入れを実施する際、レーザ入熱量と焼入れ後のフェライト残存率との関係を表す図である。図６は本発明の実施の形態の摺動部材を得るための素材である鋳鉄材の表面の顕微鏡写真である。図７は本発明の実施の形態に係わる鋳鉄製の摺動部材の熱処理後の表面の顕微鏡写真である。図８は従来技術による鋳鉄製の摺動部材の摺動面を含む表面部分の金属組織の構成を示す図である。図９は図８に示した摺動部材に研磨加工または、ならし運転による摺動を実施した後の摺動面を含む表面部分の金属組織の構成を示す図である。図１０はフェライト面積率の異なる本発明の実施の形態による摺動部材に対して、窒化材を相手材として一定面圧下で摺動を複数回実施した際の、摺動回数と摩擦係数の変動の結果を摺動部材ごとに計測する実験を行った結果を示す図である。図１１は図１０で示した実験結果を、本発明の実施の形態による摺動部材のフェライト面積率と初期摩擦係数との関係に置き換えて示す図である。図１２はフェライト面積率の異なる本発明の実施の形態による摺動部材に対して、窒化材を相手材として一定面圧下で摺動を複数回実施した際の、なじみが完了する状態に至るまでに要した摺動回数を摺動部材ごとに計測する実験を行った結果を示す図である。

符号の説明

Ｓ１摺動面
Ｓ２表面
Ｓ３摺動面
２１フェライト
２１ａフェライト
２２パーライト
２３黒鉛
２４第１マルテンサイト
２５第２マルテンサイト
２６油溜まり
１００鋳鉄材
２００摺動部材
３００摺動部材（加工済）

以下、本発明に係わる鋳鉄製の摺動部材の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本実施の形態に係わる鋳鉄製の摺動部材の摺動面を含む表面部分の金属組織を示す図である。

図１において、符号２００は本実施の形態に係わる鋳鉄製の摺動部材であり、その摺動面Ｓ１を含む表面部分の金属組織は、黒鉛２３と、この黒鉛２３の輪郭をブルズアイ状に取り囲むマルテンサイト２４（第１マルテンサイト）と、この第１マルテンサイト２４の外側に位置するフェライト２１及び通常のマルテンサイト２５（第２マルテンサイト）とから構成されており、これらの成分の下側にはベース金属としてパーライト２２が位置している。なお、この金属組織におけるフェライトは、図１の左側に示したフェライト２１のように常に第１マルテンサイト２４を取り囲むように構成されるものではなく、図１の右側に示すフェライト２１ａのように部分的に第２マルテンサイト２５が第１マルテンサイト２４の方に入り込むように構成される場合もある。

図２は、本実施の形態の摺動部材２００を得るための素材である鋳鉄材の表面Ｓ２を含む表面部分における金属組織を示す図である。図中、図１と同じ部分には同じ符号を付す。

図２において、符号１００は本実施の形態の摺動部材２００を得るための素材である鋳鉄材であり、その表面Ｓ２を含む表面部分の金属組織は、黒鉛２３と、この黒鉛２３の外側に位置するフェライト２１と、このフェライト２１の外側に位置するパーライト２２とから構成されている。

本実施の形態の摺動部材２００は、図２に示した金属組織から構成された鋳鉄材１００に対して、レーザ焼入れ等の急熱急冷処理（熱処理）をすることにより得られる。鋳鉄材１００を加熱すると、黒鉛２３は通常はフェライト２１の結晶粒界に沿って拡散してゆくが、この加熱を急速に行うと、黒鉛２３はフェライト２１の粒子中に直に拡散してゆき、次いでこれを急冷するとフェライト２１が第１マルテンサイト２４に変態する。この際、第１マルテンサイト２４は残留した黒鉛２３を取り囲むように形成され、これを顕微鏡観察すると、黒い黒鉛を第１マルテンサイトが取り囲み、その外観があたかも眼球のよう（ブルズアイ状）に見える。また、本実施の形態においては、加熱時の入熱量を制御することにより、フェライト２１の黒鉛２３の輪郭付近に位置する部分のみが第１マルテンサイト２４に変態し、他の部分はそのままこの第１マルテンサイト２４の外側にフェライト２１として残存する。一方、鋳鉄材１００のパーライト２２の表面部分は、加熱冷却の熱履歴を受けると、第２マルテンサイト２５に変態する。この第２マルテンサイト２５は、通常の焼入れ処理などによって生じるものと同じものであり、ブルズアイ状に形成される第１マルテンサイト２４と比較して硬度が低い。

図３は、図１に示した本実施の形態の摺動部材２００に、研磨加工または摺動を施した後の摺動部材の摺動面を含む表面部分金属組織を示す図である。図中、既出の図と同じ部分には同じ符号を付す。図３において、研磨加工または摺動を施した後の摺動部材３００は、その摺動面Ｓ３に凹部である油溜まり２６が形成されている。この油溜まり２６の凹部は、黒鉛２３、第１マルテンサイト２４（硬度：Ｈｖ７５０〜８５０）及び第２マルテンサイト２５（硬度：Ｈｖ６００〜７５０）などから構成される金属組織の中で、特に硬度が低いフェライト２１（硬度：Ｈｖ５０〜１５０）が選択的に摩耗されて形成されたものである。この油溜まり２６は摺動部材２００が製品に組み込まれた際、ここに潤滑油が保持されることで保油性を発揮し、摺動部材の潤滑特性を向上させる。

次に、鋳鉄材１００に焼入れを施して摺動部材２００を得るのに用いる装置の一例として、レーザ焼入れ装置の構成を図４を用いて説明する。図４において、レーザ焼入れ装置５０は、レーザ１を発振するレーザ発振器９と、レーザ１を発振するために必要な電力を供給するレーザ電源部１０と、発振されるレーザ１を導くベンディングミラー１２ａと、このベンディングミラー１２ａによって導かれたレーザ１を集光して照射する上下移動可能な加工ヘッド５と、レーザ焼入れされるワーク６を載置する水平移動可能なＸＹテーブル１６と、このＸＹテーブル１６上にワーク６を固定するワーク固定治具１５と、レーザ発振器９の制御と加工ヘッド５及びＸＹテーブル１６の位置制御等を行うコントローラ１１とを備えている。

レーザ発振器９により発振されたレーザ１は、ベンディングミラー１２ａ、１２ｂにより加工ヘッド５内の放物面鏡１３に誘導され、この放物面鏡１３によりレーザ１はワーク６の表面に集光され、照射される。ワーク６は、ＸＹテーブル１６上にワーク固定治具１５により固定されており、ＸＹテーブル１６の動作は、ＮＣ等のコントローラ１１により制御される。また、このコントローラ１１は、レーザ発振９およびレーザ電源部１０のコントロールも行う。さらに、加工ヘッド５は、図示しないＺ軸（垂直軸）に固定されており、ワーク６に対して、上下方向に移動することが可能であり、その動作は、上記コントローラ１１により制御される。

レーザ照射により、ワーク６の加熱領域は温度上昇することにより活性しやすい状態にある。このため、レーザ焼入れ装置には、レーザ照射領域の酸化抑制を目的として、ワーク６のレーザ照射領域にシールドガスを吹き付けるためのノズル４が配置されており、このノズル４からシールドガスとしてアルゴン、ヘリウム、窒素等をワーク６に噴射することが可能である。

本実施の形態の摺動部材をレーザ焼入れにて製造する際のワーク６の素材は、球状黒鉛鋳鉄やねずみ鋳鉄などの鋳鉄材である。この鋳鉄材の金属組成の一例を次の表に表す。

レーザ焼入れは、レーザ照射によりワーク６の表面がＡ１変態点以上に加熱された後、ワーク６の内部に熱が拡散することによって、ワーク６の表面は冷却され、焼入れ層を形成することが可能である。レーザスポット径と、このレーザスポット径に投入するレーザ出力と、ワーク６とレーザ１を相対移動させる際の速度（レーザ走査速度）とを設定することで、ワーク６表面の入熱量を制御することが可能である。

このレーザ入熱量による摺動部材２００中のフェライト残存量の制御方法について、図５を用いて説明する。ここでいうフェライト残存率とは、レーザ焼入れ前のフェライト量を１００％とし、これに対してレーザ焼入れ後に残存したフェライト量を百分率で表したものとする。図５は、ワーク６へのレーザ入熱量と焼入れ後のフェライト残存率との関係を表す図である。ここにおいて例えば、焼入れ後の摺動部材２００に焼入れ前の約４５％のフェライトを残存させたいとする。この場合、図５を参照すれば必要なレーザ入熱量は、１０００Ｊ／ｃｍ２であるということが分かる。レーザ入熱量を１０００Ｊ／ｃｍ２とするためには、例えばレーザ照射条件をレーザスポット径１０ｍｍ、レーザ出力２ｋＷ、レーザ走査速度２ｍ／ｍｉｎと設定することで可能である。このようにレーザ入熱量を調整して、摺動部材２００中のフェライト残存量を所望の量に制御することができる。

図６及び図７に本実施の形態に係わる鋳鉄材の表面の顕微鏡写真を示す。図６は、本実施の形態の摺動部材を得るための素材である鋳鉄材の表面の顕微鏡写真であり、図中、図２と同じ部分には同じ符号を付している。図７は、本実施の形態に係わる鋳鉄製の摺動部材の熱処理後の表面の顕微鏡写真であり、図中、図１と同じ部分には同じ符号を付している。これは、図６に示した鋳鉄材の焼入れ後の表面の顕微鏡写真である。

図６において、黒鉛２３の輪郭を取り囲むようにフェライト２１が位置しており、その外側にパーライト２２が位置している。図７において、黒鉛２３の輪郭をブルズアイ状に取り囲むように第１マルテンサイト２４が形成されており、その外側にはフェライト２１が残存している。また、パーライト２２は通常のマルテンサイトである第２マルテンサイト２５に変態している。

次に、図８及び図９を用いて、従来技術である特開昭６０−２１３５５号公報記載の鋳鉄製のシリンダライナと本実施の形態との比較を行いながら、本実施の形態の効果について述べる。

図８は、従来技術を用いて焼入れされた摺動部材の摺動面を含む表面部分の金属組織を示す図であり、図９は、図８で示した摺動部材に、研磨加工を施した後の摺動面を含む表面部分の金属組織を示す図である。図中、既出の図と同じ部分には同じ符号を付す。

図８において、従来技術による摺動部材４００の摺動面Ｓ４を含む表面部分の金属組織は、黒鉛２３と、この黒鉛２３の輪郭を取り囲む第１マルテンサイト２４と、この第１マルテンサイト２４の外側に位置する第２マルテンサイト２５とから構成されている。

従来技術は、本実施の形態と同様に、図２に示した鋳鉄材１００を素材とし、この鋳鉄材１００の表面部分を急熱急冷処理して表面焼入れすることにより、フェライト２１の実質的に全量を第１マルテンサイト２４に変態させ、その結果、図８のような摺動部材４００を得る。

次いで、以上のようにして得た摺動部材４００に研磨加工を行うと、第１マルテンサイト２４と第２マルテンサイト２５との硬度差のため、第２マルテンサイト２５部分の摩耗速度は、第１マルテンサイト２４部分の摩耗速度より速くなる。その結果、摩耗差が生じて、図９に示すように第２マルテンサイト２５の表面部分に凹部が形成され、この凹部が良好な油溜まり２６になり、摺動面Ｓ５の保油性を高める機能を発揮する。

しかし、前述のように第１マルテンサイトの硬度は、Ｈｖ７５０〜８５０であるのに対して、凹部となる第２マルテンサイトの硬度は、Ｈｖ６００〜７５０であり、両者の硬度差は比較的小さい。その結果、両者の摩耗の速度差も小さくなり、第２マルテンサイト部を摩耗させて摺動部材４００に油溜まりとなる凹部を持つ形状を設けるには、研磨加工を長期的に行う必要がある。また、上記研磨加工を省略して摺動部材４００を製品に組み込み、ならし運転により摩耗させる場合も、研磨加工と同様に両者の摩耗の速度差が小さいため、油溜まりとなる凹部を持つ形状を形成するには長期的な摺動が必要となる。これは、摺動部材のコストアップの要因や、早期から高潤滑状態が得られないという問題を発生させる。

これに対して、本実施の形態の摺動部材２００の摺動面Ｓ１において、凹部となるフェライト２１の硬度は前述のようにＨｖ５０〜１５０であり、第１マルテンサイト２４（Ｈｖ７５０〜８５０）及び第２マルテンサイト２５（Ｈｖ６００〜７５０）と比較して非常に柔らかく、硬度差は非常に大きい。このため研磨加工時などには、このフェライト２１部分が選択的に摩耗されて摺動面Ｓ２に凹部が形成され、早期から保油性を有し潤滑特性に優れた摺動部材を得ることが可能である。また、摩耗速度の向上により研磨加工に要する時間も短縮することが可能になり、加工効率が向上し、摺動部材のコストダウンを図ることも可能になる。

また、従来技術において、ならし運転等での摺動を利用して摺動部材に凹部を形成する場合、摺動面Ｓ４の第２マルテンサイト２５を摩耗して凹部を形成するが、相手材の表面硬度はこの第２マルテンサイト２５より高い必要があり、相手材は第２マルテンサイト２５より硬度の高いものに限定されていた。

しかし、本実施の形態によれば、摺動時の相手材は比較的硬度の低いフェライトより硬度の高いものであれば、凹部を形成することができる。このため、第１マルテンサイト２４や第２マルテンサイト２５よりも硬度が低い材質（例えばソルバイト組織なような調質材）でも、摺動による凹部の形成が可能である。これにより、相手材として採用可能な材質の選択肢が増え、さらに摺動部材のコストダウンを図ることが可能になる。

なお、本実施の形態における鋳鉄への焼入れは、便宜上レーザ焼入れを用いて説明したが、この他、高周波焼入れ、電子ビーム焼入れ、炎焼入れ等の急加熱が可能な方法においても実施することが可能である。

次に、フェライト残存量と摺動回数と摩擦係数の変化との関係を定量的に分析した結果について、実験データに基づいて図１０〜図１２を用いて説明する。本実験は、油中環境であるが固体潤滑と流体潤滑が共存する境界潤滑で実施し、フェライト面積率の異なる複数の摺動部材に対し、窒化材を相手材として一定面圧下で摺動を複数回実施し、その際の摺動回数と摩擦係数の変化を摺動部材ごとに計測したものである。本実験において、フェライト面積率とは、摺動部材の摺動面の黒鉛を除いたフェライトとマルテンサイトの表面積に対するフェライトの面積率を意味し、マルテンサイト面積率とは、摺動部材の摺動面の黒鉛を除いたフェライトとマルテンサイトの表面積に対する第１マルテンサイトと第２マルテンサイトとの総和の面積率を意味する。

図１０は、フェライト面積率の異なる摺動部材３１〜３９（後述）に対して、本実験を実施した際の摺動回数と摩擦係数の変動の結果を摺動部材ごとに折れ線グラフに示すものである。グラフの横軸を摺動回数、縦軸を摩擦係数とし、図中の折れ線には、摺動部材３１〜３９の符号を付した。図１０では、図の見易さのため摺動部材３４及び３６の分析結果は省略している。また、図１１は、本実験の結果を摺動部材３１〜３９のフェライト面積率と摺動開始時の摩擦係数（初期摩擦係数）との関係に置き換えて示すものである。

摺動部材３１〜３９は、それぞれ次のようなものである。
摺動部材３１：フェライト面積率０％、マルテンサイト面積率１００％；
摺動部材３２：フェライト面積率５％、マルテンサイト面積率９５％；
摺動部材３３：フェライト面積率１０％、マルテンサイト面積率９０％；
摺動部材３４：フェライト面積率２０％、マルテンサイト面積率８０％；
摺動部材３５：フェライト面積率４０％、マルテンサイト面積率６０％；
摺動部材３６：フェライト面積率６０％、マルテンサイト面積率４０％；
摺動部材３７：フェライト面積率８０％、マルテンサイト面積率２０％；
摺動部材３８：フェライト面積率９０％、マルテンサイト面積率１０％；
摺動部材３９：フェライト面積率９５％、マルテンサイト面積率５％；
摩擦係数は、摺動面の摩擦の状態を把握するための指標の１つである。油圧部品において、例えば油圧ピストン、シリンダなどが境界潤滑下で要求される摩擦係数は、一般的に０．１５以下である。この値を目標摩擦係数と呼ぶ。

図１０及び図１１において、フェライト面積率１０％〜９０％の摺動部材３３〜３８は、摺動開始直後から０．１５以下の摩擦係数を示している。つまり、これらの摺動部材は製品として用いる前の研磨加工や摺動のためのならし運転を必要としない。これに対して、フェライト面積率が０％及び５％の摺動部材３１、３２は、摺動初期の摩擦係数が約０．２と高く、摺動回数を増すごとに徐々に摩擦係数が低減し、摺動回数４０００回程度で摩擦係数が０．１５以下となる。これより、この範囲にフェライト面積率を有する摺動部材は、製品として用いる前に、ある程度の研磨加工や摺動のためのならし運転が必要となる。一方、フェライト面積率が９０％より大の摺動部材３９は、摺動回数を重ねても摩擦係数が０．３近辺から変化しない。これは、フェライト面積率が９０％より大きくなると、摺動面上のフェライト２１が選択的に容易に摩耗されて十分な油溜まり２６が形成されるが、その一方で相手材との接触が黒鉛２３の周囲に形成されている硬質な第１マルテンサイト２４に限定されてしまい、摺動面が高面圧下で相手材を引っ掻くような状態であるアブレッシブ摩耗が発生すると考えられるからであり、この条件範囲では、摺動回数を重ねても摩擦係数が常に高く製品としては不適である。

また、フェライト面積率が１０％未満、９０％より大きい摺動部材にあっては、初期摩擦係数が０．１５より大きいため、摺動部材に働く動力が摩擦力として消費され、エネルギーロスが高い状態にある。このような高摩擦係数の摺動部材を用いる場合、摩擦によって消費されるエネルギーロスを補完するために、例えばエンジンを高回転で回転させる、或いは、より高出力のエンジンやモータに変更するなどの対応が必要になる。このため、ユニットとして燃費の低下や、スペック強化によるコストアップ、またはユニット形状の肥大化などの弊害が起こる場合も考えられる。よって、この意味でも、フェライト面積率が１０％未満、あるいは９０％より大きい摺動部材は、製品には不適である。

図１２は、上記実験と同様の条件下で摺動部材３１〜３９について、なじみが完了する状態に至るまでに必要な摺動回数を測定した結果を示している。なじみの完了とは、摩擦係数が目標摩擦係数の０．１５以下となり、かつ摺動回数を重ねても摩擦係数の上下変動が微少な安定状態になることを意味する。

図１２において、フェライト面積率が１０〜９０％の摺動部材は早期になじみを完了し、摩擦係数が０．１５以下の安定した状態となる。よってこれらの摺動部材は製品組み込みに際して、事前の研磨加工やならし運転による摺動を省略しても潤滑特性を発揮する。一方、フェライト面積率が１０％未満の摺動部材は、なじみ完了までに約４０００回の摺動回数を要し、研磨加工やならし運転による摺動が必要である。また、フェライト面積率が９５％の摺動部材は、摺動面の摩擦係数が０．１５以下になることはなく、製品に用いるには不適である。

以上のように、フェライト面積率が１０％未満の摺動部材は、製品として用いる前の研磨加工やならし運転による摺動を施す必要があり、フェライト面積率が９０％より大きくなると、摺動初期から摩擦係数が０．１５以上と高く、その後摺動回数を重ねても０．１５以下に低減することもないため、製品としての使用は不適切であるのに対して、フェライト面積率が１０％〜９０％の摺動部材では、摺動初期から摩擦係数は０．１５以下で、その後比較的早期に安定状態に移り、なじみが完了するため、製品として用いる前の研磨加工やならし運転による摺動は不要で、焼入れ後、即製品として用いることが可能である。また、摺動初期からなじみまでの時間を短絡的にすることが可能になるため、摺動による摩耗粉の発生を低減することが可能となり、これによる２次的な摩擦や摩耗を減少させることが可能になる。

なお、上述のフェライト面積率は、部位や、焼入れの際の熱処理条件等により実際にはバラツキが±３％存在する。そのため、本発明の効果をより確実に得るためには、より好ましくはフェライト面積率は１３〜８７％とすることが望ましい。

Claims

摺動面（Ｓ１）の金属組織を、
黒鉛（２３）と、
前記黒鉛（２３）の輪郭を取り囲む第１マルテンサイト（２４）と、
前記第１マルテンサイト（２４）の外側に位置するフェライト（２１，２１ａ）及び第２マルテンサイト（２５）とで構成したことを特徴とする鋳鉄製の摺動部材（２００）。
摺動面（Ｓ３）の金属組織を、
黒鉛（２３）と、
前記黒鉛（２３）の輪郭を取り囲む第１マルテンサイト（２４）と、
前記第１マルテンサイト（２４）の外側に位置するフェライト（２１，２１ａ）及び第２マルテンサイト（２５）とで構成し、前記摺動面（Ｓ３）のフェライト部分（２１，２１ａ）に油溜まり（２６）を形成したことを特徴とする鋳鉄製の摺動部材（３００）。
請求項１又は２記載の鋳鉄製摺動部材（２００，３００）において、
前記摺動面（Ｓ１，Ｓ３）の前記黒鉛（２３）を除いた表面積に対する前記フェライト（２１，２１ａ）の面積率を、１０％〜９０％の範囲としたことを特徴とする鋳鉄製の摺動部材（２００，３００）。
請求項１又は２記載の鋳鉄製摺動部材（２００，３００）において、
前記摺動面（Ｓ１，Ｓ３）の前記黒鉛（２３）を除いた表面積に対する前記フェライト（２１，２１ａ）の面積率を、１３％〜８７％の範囲としたことを特徴とする鋳鉄製の摺動部材（２００，３００）。