WO2024009985A1 - カム装置 - Google Patents

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WO2024009985A1
WO2024009985A1 PCT/JP2023/024721 JP2023024721W WO2024009985A1 WO 2024009985 A1 WO2024009985 A1 WO 2024009985A1 JP 2023024721 W JP2023024721 W JP 2023024721W WO 2024009985 A1 WO2024009985 A1 WO 2024009985A1
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WO
WIPO (PCT)
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cam
sliding
sliding material
wear
holder
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/024721
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English (en)
French (fr)
Inventor
護 瀧澤
晃平 進
知充 渡邊
Original Assignee
三協オイルレス工業株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 三協オイルレス工業株式会社 filed Critical 三協オイルレス工業株式会社
Publication of WO2024009985A1 publication Critical patent/WO2024009985A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/08—Dies with different parts for several steps in a process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/06—Alloys based on chromium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/04—Alloys based on copper with zinc as the next major constituent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/12—Structural composition; Use of special materials or surface treatments, e.g. for rust-proofing

Definitions

  • the present invention relates to a cam device.
  • Cam devices are used in hydraulic press machines, etc., and their sliding materials are used at low speeds, high loads, and under harsh sliding environmental conditions. Therefore, the cam device is used in applications where the sliding material thereof requires wear resistance and low friction properties. Although it has been recognized that the friction and wear characteristics of the sliding material incorporated into the cam device are important in terms of initial conformability, the suitability of the brass-based casting alloy used has not been studied in detail.
  • the hardness of the sliding surface of the cam holder is set to be softer than the hardness of the sliding surface on the cam slider side, and furthermore, the hardness of the sliding surface of the cam driver is set to be softer than the hardness of the sliding surface of the cam slider. It is stated that by setting the softness, initial break-in can be completed quickly.
  • Patent Document 2 discloses that the amount of wear between the cam holder sliding surface and the cam slider sliding surface is made larger than the amount of wear between the cam driver sliding surface and the cam slider sliding surface, thereby preventing contact due to break-in during the initial wear period. It is described that the contact surface pressure is prevented from becoming excessive by increasing the area.
  • Patent Document 3 describes that the brass base is limited to the ⁇ phase and contains Fe-based silicide such as Fe-Cr-Si intermetallic compound, but details regarding application to a cam device are unknown.
  • JIS high-strength brass casting alloys such as CAC303 are used exclusively for the sliding materials used in cam devices.
  • high-strength materials such as high-tensile steel materials that are frequently used for automobile exterior panels
  • wear resistance and durability of cam devices have become a problem.
  • the present invention was made to solve such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a cam device with improved wear resistance and durability.
  • the present invention provides a base made of a brass-based casting alloy and a Cr-Fe-Si based metal whose nanoindentation hardness in the area where the Cr-Fe-Si based intermetallic compound contained in the base is exposed is 20 GPa or more and 28 GPa or less.
  • a cam device is provided with a sliding material having an intermediate compound and a sliding member having an intermediate compound.
  • Diagram of the cam device A diagram regarding the operation of the cam device.
  • Diagram of cam sliding test device A diagram showing the results of a reciprocating sliding test.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a cam device according to an embodiment.
  • the cam device 1 of the embodiment includes a cam holder 2, a cam slider 3, a cam driver 4, and a return elastic member 5.
  • the cam holder 2 has a cam holder sliding member 2b having a cam holder sliding surface 2a, and a cam holder base 2c.
  • the cam holder sliding member 2b is attached to the attachment surface of the cam holder base 2c with bolts. Thereby, the cam holder sliding member 2b can be easily replaced.
  • cam holder sliding member 2b shown in FIG. 1 has a flat plate shape, the shape is not limited to this as long as it has a sliding function.
  • the cam slider 3 has a cam holder side cam slider sliding surface 3a that slides on the cam holder sliding surface 2a of the cam holder 2, a cam driver side cam slider sliding surface 3b, and a tool attachment surface 3e.
  • the cam slider 3 moves relative to the cam holder 2 when the cam holder side cam slider sliding surface 3a contacts the cam holder sliding surface 2a, and the cam driver side cam slider sliding surface 3b contacts the cam driver sliding surface 4a, which will be described later.
  • the cam driver 4 moves in a predetermined machining direction.
  • a processing tool for example, a hole punch, a bending tool, etc.
  • the cam driver 4 includes a cam driver sliding member 4b having a cam driver sliding surface 4a that contacts the cam driver side cam slider sliding surface 3b, and a cam driver base 4c.
  • a cam driver sliding member 4b having a cam driver sliding surface 4a that contacts the cam driver side cam slider sliding surface 3b, and a cam driver base 4c.
  • the cam driver 4 forcibly moves the cam slider 3 in a predetermined machining direction.
  • the cam driver sliding member 4b is attached to the attachment surface of the cam driver base 4c with bolts. Thereby, the cam driver sliding member 4b can be easily replaced.
  • the cam driver sliding member 4b shown in FIG. 1 has a V-shaped cross-sectional shape, it is not limited to this as long as it has a sliding function, and may have a flat plate shape, a convex cross-sectional shape, etc. .
  • the cam holder 2 and the cam driver 4 each have a cam holder sliding material 2b and a cam driver sliding material 4b, but the cam slider 3 is not limited to this. ), and a cam holder side cam slider sliding material that has a cam driver side cam slider sliding material 3g (not shown), to which the cam holder side cam slider sliding surface 3a or the cam driver side cam slider sliding surface 3b of the cam slider 3 can be attached. 3f and the sliding surface of the cam driver side cam slider sliding material 3g.
  • cam holder sliding material 2b, the cam driver sliding material 4b, the cam holder side cam slider sliding material 3f, and the cam driver side cam slider sliding material 3g do not need to be separate bodies that can be attached to the main body, but are attached to the main body. It may be integral (or part of the main body).
  • FIG. 1 shows an example using a gas pressure cylinder.
  • the cam slider 3 is returned to its initial position by the elastic force of the returning elastic member 5.
  • FIG. 2 is a diagram showing the operation of the cam device.
  • FIGS. 2A to 2C show the operation of the cam device 1 using cross-sectional views.
  • the return elastic member 5 is a coil spring. From the state shown in FIG. 2A (initial state), the cam holder 2 moves from the top dead center (FIG. 2A) to the bottom dead center (FIG. 2A) together with the upper mold (not shown). By moving up and down to C)), the cam slider 3 moves in the processing direction.
  • the processing tool T provided on the tool mounting surface 3e of the cam slider 3 moves in the processing direction and performs drilling and bending on the workpiece installed in the mold.
  • Figure 3 shows sliding materials (cam holder sliding material 2b, cam driver sliding material 4b, cam holder side cam slider sliding material 3f, or cam driver side cam slider sliding material 3g) is an enlarged view of a part of the sliding surface (cam holder sliding surface 2a, cam driver sliding surface 4a, cam holder side cam slider sliding surface 3a, or cam driver side cam slider sliding surface 3b). .
  • a solid lubricant 2d (4d, 3h) with a circular cross section is distributed on the substrate 2e (4e, 3i).
  • the solid lubricant 2d (4d, 3h) is, for example, graphite.
  • the buried solid lubricant has a self-lubricating effect under mixed lubrication, and exhibits good lubrication performance even in environments with impact where it is difficult to form an oil film.
  • the sliding surface is supported by the base material and hard particles. Solid lubricants firmly adhere to Cr-Fe-Si intermetallic compounds that are hard particles, form a lubricating film, and have the effect of lowering the coefficient of friction. As a result, the solid lubricant and hard particles can slow down the progress of wear (reduce the friction speed) and extend the life.
  • the solid lubricant also transfers to the base surface and aids in sliding.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional structure of a part of the sliding material (cam holder sliding material 2b, cam driver sliding material 4b, cam holder side cam slider sliding material 3f, or cam driver side cam slider sliding material 3g) of the embodiment.
  • the cam holder sliding material 2b includes a base material 2e, a Cr-Fe-Si based intermetallic compound 2f, and a solid lubricant 2d
  • the cam driver sliding material 4b includes a base material 4e, a Cr-Fe-Si based metal
  • the cam holder side cam slider sliding material 3f has a base material 3i, a Cr-Fe-Si intermetallic compound 3j, and a solid lubricant 3h
  • the cam driver side cam slider sliding material 3f has an intermetallic compound 4f and a solid lubricant 4d.
  • 3g includes a base material 3i, a Cr-Fe-Si intermetallic compound 3j, and a solid lubricant 3h.
  • Figure 4 shows the structure of the intermetallic compound seen from a cross section perpendicular to the sliding surface.
  • the cam holder sliding material 2b, the cam driver sliding material 4b, the cam holder side cam slider sliding material 3f, and the cam driver side cam slider sliding material 3g are made of base materials 2e, 4e, and 3i, and Cr-Fe-Si, respectively. It has intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j, and solid lubricants 2d, 4d, and 3h.
  • the base materials 2e, 4e, and 3i are brass-based casting alloys.
  • the base materials 2e, 4e, and 3i each have a shape and mechanical strength according to their uses. Give 3g of side cam slider sliding material.
  • the cam holder sliding material 2b, the cam driver sliding material 4b, the cam holder side cam slider sliding material 3f, and the cam driver side cam slider sliding material 3g of the embodiment are each made of a Cr-Fe-Si system containing Cr as a main component.
  • (Cr,Fe) 3 Si is included as the intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j.
  • the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j typically have a structure of (Cr 0.85 Fe 0.15 ) 3 Si.
  • the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j are compounds composed of Cr, Fe, and Si.
  • the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j of the embodiment have a structure of (Cr,Fe) 3 Si.
  • Each of the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j has a rounded curved surface.
  • 2f, 4f, and 3j constitute a three-dimensional structure in which they are each connected.
  • Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f and 4f respectively contained in the cam holder sliding material 2b, the cam driver sliding material 4b, the cam holder side cam slider sliding material 3f, and the cam driver side cam slider sliding material 3g , and 3j have nanoindentation hardness of 20 GPa or more and 28 GPa or less.
  • the atomic bonding ratio of the compounds was calculated from the composition in atomic % by point analysis of SEM-EDS.
  • the notation of this intermetallic compound is the same as the notation of general alloy components, and is written in descending order of the components, and is written as Mn-Si intermetallic compound. Therefore, the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j are compounds consisting of Cr, Fe, and Si, with Cr as the main component.
  • intermetallic compounds have often been evaluated solely based on their cross-sectional shape.
  • the present inventors have developed a corrosion method that dissolves the brass substrates 2e, 4e, and 3i and leaves only the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j. This made it possible to observe the three-dimensional crystallization forms of the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j by SEM (secondary electron image). ( Figure 5)
  • the hardness of the fine structures of the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j can be measured using a nanoindenter.
  • Hardness measurement using the nanoindenter complies with “ISO 14577-1 Metallic materials - Instrumented indentation test for hardness and materials parameters-” and its annex “Annex A (normative)Materials parameters determined from the force/indentation depth data set” do.
  • a BRUKER HYSITRONTI980 device was used for hardness measurement using a nanoindenter.
  • the nanoindentation measurement conditions are as follows: test load 800 ⁇ N, Load 1s, Hold 0.4s, Unloading 1s
  • HIT HIT8x10 -4 /1/0.4/1 (Note: ISO 14577-1 Annex A)
  • the measurement procedure and the method for determining the nanoindentation hardness of Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j are as follows. 1. Polish the sample measurement surface using an ion milling device to make it a smooth surface. 2. Confirm the constituent components within the field of view including Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j using SEM/EDS. Next, using the camera of the nanoinditation measurement device, it is confirmed that the field of view is the same as that of the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j. This determines the field of view for nanoindentation measurement. 3.
  • FIG. 6A is a contour map obtained by connecting points of the same hardness with lines. Next, a cross section of the contour line is taken along a line (D-D' in FIG. 6A) that passes through the nanoindentation hardness peak in FIG.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view showing the hardness distribution obtained by taking a contour line cross section. 5.
  • A indicates the regions of substrates 2e, 4e, and 3i
  • B indicates regions of substrates 2e, 4e, and 3i and Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j
  • C indicates the region of Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j.
  • the nanoindentation hardness in region A of substrates 2e, 4e, and 3i is approximately 4 GPa.
  • the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j crystallize.
  • the hardness becomes greater than that of the substrates 2e, 4e, and 3i, and the hardness rapidly increases from the peripheral portions near the substrates 2e, 4e, and 3i.
  • the nanoindentation hardness at the center is relatively flat, and in Figure 6B, the nanoindentation hardness is 19.5 GPa or more and 24.4 GPa or less. It becomes hard.
  • nanoindentation hardness can only be obtained as discrete values. Therefore, as a way to express the hardness of Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j, the flat high-hardness region C in the center is expressed as Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f. , and 3j were considered to be the crystallized region. Then, the nanoindentation hardness of region C was used to determine the hardness of Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j.
  • boundary region B if the nanoindentation hardness of a certain lattice point is H n and the nanoindentation hardness of the next lattice point 1.5 ⁇ m away is H n +1 ,
  • >6.0GPa was defined as boundary region B, and the boundary between regions C and B was set along the contour lines.
  • cam holder sliding material 2b, cam driver sliding material 4b, cam holder side cam slider sliding material 3f, and cam driver side cam slider sliding material 3g of the embodiment are Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f and 4f, respectively.
  • the three-dimensional bonding structure of the particles , and 3j and the nanoindentation hardness improve the sliding properties.
  • composition, structure, and three-dimensionality of the cam holder sliding material 2b, cam driver sliding material 4b, cam holder side cam slider sliding material 3f, and cam driver side cam slider sliding material 3g of the embodiment and the sliding material of the comparative example The structure and nanoindentation hardness were compared to confirm the effects of the cam holder sliding material 2b, cam driver sliding material 4b, cam holder side cam slider sliding material 3f, and cam driver side cam slider sliding material 3g of the embodiment. .
  • the cam holder sliding material 2b, the cam driver sliding material 4b, the cam holder side cam slider sliding material 3f, and the cam driver side cam slider sliding material 3g of the embodiment are respectively made of brass-based casting alloy bases 2e, 4e, and It has a structure of (Cr,Fe) 3 Si in 3i, has a rounded curved surface, and has a 3D structure in which Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j are partially connected. and has a nanoindation hardness of 20 GPa or more and 28 GPa or less.
  • Intermetallic compounds consisting of Cr, Fe and Si include (Cr,Fe) 3 Si (specifically (Cr 0.85 Fe 0.15 ) 3 Si) and Fe-Cr-Si intermetallic compounds containing Fe as the main component (Fe,Cr) 3 Si (specifically, (Fe 0.85 Cr 0.15 ) 3 Si )
  • Fe,Cr Fe-Cr-Si intermetallic compounds containing Fe as the main component
  • Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j and Fe-Cr-Si intermetallic compounds tend to crystallize at the same time, and the present inventors focused exclusively on Cr-Fe-Si intermetallic compounds. In order to utilize only the compounds, we attempted to separate and solidify these two silicides. As a result, by controlling the solidification conditions, it was possible to separate and solidify the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j and the Fe-Cr-Si intermetallic compound. As a result, we were able to understand the excellent friction and wear characteristics specific to Cr-Fe-Si intermetallic compounds, and it became possible to arrive at the embodiments.
  • Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j are characterized by having Cr as a main component, having a rounded curved surface, and a partially connected three-dimensional structure. The purpose was to make use of the following.
  • Brass-based casting alloys are evaluated for wear resistance and low friction (low ⁇ property) according to the basic tribology equation (1).
  • ⁇ ⁇ 0 /P H ⁇ (1)
  • ⁇ coefficient of friction
  • ⁇ 0 shear force of lubricant
  • P H hardness (load/area).
  • the coefficient of friction ⁇ is proportional to the shear force of the lubricant and inversely proportional to the hardness of the base.
  • Hardness P H is the load divided by the contact area.
  • the shape of the compound should ideally be close to a spherical shape to reduce the contact area, and if the compound is hard, the coefficient of friction can be lowered.
  • the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j of the embodiment show Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j of the embodiment. As shown in FIGS. 4 and 5, the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j of the embodiment are formed of hard, rounded curved surfaces, and are in the form of a connected compound.
  • the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j of the embodiments are hard, have a small friction surface, and have an increased heat dissipation area, making it possible to lower the friction coefficient. It can be said to be a form.
  • FIG. 7 shows the Fe-Al-based intermetallic compound of Comparative Example 2. As shown in FIG. 7, the Fe-Al-based intermetallic compound of Comparative Example 2 is small and prismatic, and each compound is independent and not connected.
  • the effect of the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j of the embodiment is that according to the basic tribology equation (1), an increase in P H (hardness) lowers the friction coefficient, and the lubricant By intervening, it is possible to reduce the frictional work represented by ⁇ x load x speed, thereby reducing the generation of frictional heat and exhibiting a low friction effect.
  • V The amount of wear (V) on the sliding material is expressed by equation (2).
  • V Z(P/P H )L...(2)
  • the amount of wear (V) is proportional to the wear coefficient Z, load P, and friction distance L, and inversely proportional to the hardness P H. Therefore, it is possible to reduce the amount of wear by increasing the hardness of the compound that crystallizes in the soft brass casting alloy.
  • the nanoindentation hardness of the region C (shown in FIGS. 6A and 6B) of the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j of the embodiment is 20 GPa to 28 GPa, and has excellent wear resistance. It is a well-established organization.
  • intermetallic compounds act as load points and generate strong frictional heat. This frictional heat is dissipated through the interface between the compound and the copper alloy matrix. Therefore, the fact that the compounds are three-dimensionally connected increases the surface area of the entire compound and can dramatically improve the heat dissipation efficiency. This high heat dissipation efficiency during friction prevents a rise in surface temperature and alleviates severe friction conditions.
  • the granular Fe-Al intermetallic compound of the comparative example crystallized alone, and when it becomes a load point and frictional heat increases, the intermetallic compound becomes high temperature, the compound/substrate interface softens, and the compound interface becomes May become destabilized and liberated.
  • the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j of the embodiment have a large surface area and are connected, so the heat exchange area increases and Frictional heat generated by the load can be appropriately diffused. Having such a three-dimensional structure is an important element in the field of friction and wear.
  • the shape and continuity of the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j have important meanings, and they function effectively as high-load sliding materials. That is, the continuity and hardness of the Cr-Fe-Si intermetallic compounds 2f, 4f, and 3j can be said to be an excellent structure that prevents wear and creates a low friction state.
  • Table 1 shows the sliding materials of the example (cam holder sliding material 2b, cam driver sliding material 4b, cam holder side cam slider sliding material 3f, and cam driver side cam slider sliding material 3g) and the sliding material of the comparative example.
  • the composition of the intermetallic compounds contained in is shown.
  • the sliding material of Example 1 (cam holder sliding material 2b, cam driver sliding material 4b, cam holder side cam slider sliding material 3f, and cam driver side cam slider sliding material 3g) and the sliding material of Comparative Example 2 are as follows.
  • the brass cast alloy base of Cu-26Zn-5Al contains the intermetallic compounds shown in Table 1.
  • Example 1 is a sliding material (cam holder sliding material) in which Cr-Fe-Si intermetallic compounds (2f, 4f, and 3j) are crystallized in base materials (2e, 4e, and 3i), respectively.
  • Comparative Example 2 is a sliding material in which Fe-Al intermetallic compounds are crystallized in the base material, and is a commonly used high-strength brass material.
  • Table 1 shows the chemical formula of each intermetallic compound, the crystallization form of the intermetallic compound (shape of the intermetallic compound, continuity (bonding, connection) of the intermetallic compound), and nanoindentation hardness (GPa). . Further, the amount of Si added in Example 1 was 0.3%, and the amounts of Mn, Fe, Cr, etc. added were determined according to the composition of the compound to be crystallized.
  • Example 2 In the case of the Cr-Fe-Si intermetallic compounds (2f, 4f, and 3j) in Example 1, nano A region of indentation hardness of 19.5 GPa to 27.9 GPa was observed. On the other hand, in the case of the Fe-Al intermetallic compound of Comparative Example 2, a range of 6.6 GPa or more and 7.4 GPa or less was observed.
  • the Cr-Fe-Si intermetallic compounds (2f, 4f, and 3j) of Example 1 are extremely hard intermetallic compounds, and this hardness greatly affects the tribo performance.
  • Figure 8 shows an overview of the reciprocating sliding test device.
  • the amount of wear can be measured using a so-called pin-on-disk type reciprocating sliding test device.
  • 1 indicates the pressurizing device
  • 2 indicates the test material
  • 3 indicates the mating material.
  • 4 is a motor that slides the mating material back and forth. The test conditions are shown below.
  • ⁇ Testing machine Reciprocating load testing machine ⁇ Maximum sliding speed: 8m/min ⁇ Reciprocating sliding distance: 150mm ⁇ Total sliding distance: 500m ⁇ Test temperature (bearing back temperature): 100°C ⁇ Mating material: FC250, surface roughness Ra3.0 ⁇ Lubricating oil: VG32 ⁇ Wear test load: 30MPa constant load
  • FIG. 9 shows the sliding materials of Example 1 (cam holder sliding material 2b, cam driver sliding material 4b, cam holder side cam slider sliding material 3f, and cam driver side cam slider sliding material 3g) and Comparative Example 2. Indicates the amount of wear on moving materials. Surprisingly, in Example 1, the amount of wear was 2 ⁇ m. On the other hand, in Comparative Example 2, the amount of wear was 20 ⁇ m.
  • Example 1 The sliding materials of Example 1 (cam holder sliding material 2b, cam driver sliding material 4b, cam holder side cam slider sliding material 3f, and cam driver side cam slider sliding material 3g) are conventionally used comparative examples. It can be seen that much better wear resistance can be obtained than the sliding material No. 2.
  • the sliding materials of the examples have different crystallization forms and nanoin It has been demonstrated that excellent tribological performance can be improved by crystallizing Cr-Fe-Si intermetallic compounds (2f, 4f, and 3j) that have excellent tribological performance in terms of denter hardness.
  • Example 1 cam holder sliding material 2b and cam driver sliding material 4b
  • Comparative Example 2 the sliding material of Comparative Example 2 were incorporated into the cam device shown in FIG. 1, and the function as a cam device was Evaluation was performed using the test device shown in FIG.
  • 1 is a cam unit
  • 9 is a load gas cylinder
  • 10 is an upper mold
  • 11 is a lower mold.
  • the punching test is a test method that simulates actual mold processing using a press machine.
  • the test conditions for the batting test are shown below. Note that the number of strokes refers to the number of times the press operates; the slide of the press descends from the top dead center, pushes the upper die of the mold down to the bottom dead center, and activates the cam device to return to the original top dead center again. This indicates the number of operations in one cycle, and is also called the number of shots.
  • a wear curve can be considered to be divided into two regions: I) an initial wear region, where wear progresses rapidly during the break-in stage, and II) a steady wear region, where a break-in surface is then formed and the wear rate slows down.
  • the necessary wear rapidly occurs due to sliding of the machined surface, including machining errors, to form an optimal conforming surface for the device.
  • the initial wear region is defined as the region where the number of strokes is from 0 to 5,000
  • the steady wear region is defined as the stable region after 20,000 strokes.
  • test results are shown in Figures 11 and 12.
  • the test results are shown as a wear curve with the amount of wear on the vertical axis and the number of strokes on the horizontal axis. In this test, the number of strokes was up to 50,000, and the wear curves of the cam holder sliding material and the cam driver sliding material of Example 1 and Comparative Example 2 were measured.
  • Table 2 shows the wear rates of the cam driver sliding material 4b in the initial wear region and steady wear region.
  • the wear rate of the present material in which hard compounds shown in Table 1 are precipitated is 6.8 ⁇ m/ 104 strokes
  • the comparative material in which soft compounds are precipitated has a wear rate of 30.0.
  • the wear rate was approximately 4.4 times faster than the 4 strokes of ⁇ m/10. It was also found that even in the steady wear region where the amount of wear is stable, the material of the present invention is stable at an extremely low wear rate, whereas the comparative example wears out at about 4.3 times the rate. In this way, the cam device using the sliding material of the embodiment (cam holder sliding material 2b and cam driver sliding material 4b) has demonstrated excellent wear resistance performance in both the initial wear region and steady wear region. It was done.
  • Cam holder sliding material 2b, cam driver sliding material 4b, cam holder side cam slider sliding material 3f, and cam driver side cam slider sliding material 3g are installed in the cam device, and the In terms of surface pressure, the wear rate in the steady wear region of the sliding materials (cam holder sliding material 2b, cam driver sliding material 4b, cam holder side cam slider sliding material 3f, and cam driver side cam slider sliding material 3g) is 0.20 ( This is a cam device that has a max .
  • the cam device of the embodiment has a solid lubricant embedded in the sliding surface, and a sliding material containing a Cr-Fe-Si intermetallic compound having a nanoindentation hardness of 20 GPa or more and 28 GPa or less in a brass cast alloy base.
  • Cam holder sliding material 2b, cam driver sliding material 4b, cam holder side cam slider sliding material 3f, and cam driver side cam slider sliding material 3g are installed in the cam device, and the In terms of surface pressure, the wear rate in the initial wear region of the sliding materials (cam holder sliding material 2b, cam driver sliding material 4b, cam holder side cam slider sliding material 3f, and cam driver side cam slider sliding material 3g) is 8.0. It is a cam device with a stroke speed of ⁇ m/10 4 times or less.
  • the cam device of the embodiment has a solid lubricant embedded in the sliding surface, and a sliding material containing a Cr-Fe-Si intermetallic compound having a nanoindentation hardness of 20 GPa or more and 28 GPa or less in a brass cast alloy base.
  • Cam holder sliding material 2b, cam driver sliding material 4b, cam holder side cam slider sliding material 3f, and cam driver side cam slider sliding material 3g are installed in the cam device, and a surface pressure of 20.0N/mm 2 or more is applied.
  • the amount of wear of the sliding material after 50,000 strokes is 5.0 ⁇ m or less.
  • the sliding materials of the embodiment are applied to the cam device 1, and the high It has been found that high-precision machining can be maintained by withstanding loads (over 20 MPa) and with extremely minimal wear.
  • the cam device according to the embodiment is not limited to the above example.
  • the cam holder and the cam driver are each assembled as parts different from the mold, but the structure is not limited to this separate structure.
  • either the cam holder or the cam driver may be integrated with the mold. If the cam driver is integrated with the mold, the mold functions as the cam driver.
  • cam devices such as a top-hanging cam (cam device 1 shown in FIG. 1), a bottom-mounted cam, and a roller cam, each of which has a different structure.
  • cams has a sliding portion, and the sliding material of the cam device of the embodiment can be applied to each sliding portion. This makes it possible to provide a cam device with improved wear resistance and durability and high machining power.
  • the cam device of the embodiment can be, for example, a lower cam device or a roller cam device described below. Note that descriptions of known configurations of each cam device will be omitted as appropriate.
  • FIG. 13 shows an exploded view of the bottom type cam device 200.
  • the cam device 200 includes a cam driver 201, a cam slider 202, a cam holder 203, and a return elastic member 207.
  • the cam driver 201 is attached to the upper die of the press mold apparatus and drives the cam slider 202 in the processing direction.
  • the cam holder 203 is attached to the lower mold.
  • a processing tool for processing a workpiece can be installed on the cam slider 202, and is slidably attached to the cam holder 203.
  • the cam driver 201 is removably provided with a sliding member 201a having a sliding surface 201b.
  • the cam slider 202 has a sliding surface 202a that is in sliding contact with the sliding surface 201b, a tool mounting surface 202b, a sliding surface 202c, and a sliding surface 202d.
  • the cam holder 203 has a sliding surface 203a that comes into sliding contact with the cam slider 202.
  • the sliding material of any one or more of the sliding part of the cam driver 201, the sliding part of the cam slider 202, and the sliding part of the cam holder 203 is made of a base made of a brass-based casting alloy, and the base contains Cr.
  • the base contains Cr.
  • a Cr-Fe-Si intermetallic compound having a nanoindentation hardness of 20 GPa or more and 28 GPa or less in the area where the Fe-Si intermetallic compound is exposed, and further comprising a solid lubricant buried in the substrate.
  • the wear rate of the sliding material is 0.20 ⁇ m/ 104 strokes or less in the steady wear region, which provides high machining force and excellent sliding properties.
  • a cam device 200 can be realized.
  • one or more of the sliding members of the sliding part of the cam driver 201, the sliding part of the cam slider 202, and the sliding part of the cam holder 203 further includes a solid lubricant embedded in the base, and the sliding member has a solid lubricant of 20.0 N
  • the wear rate of the initial wear area of the sliding material is 8.0 ⁇ m/ 104 strokes or less, realizing a cam device 200 with high machining force and excellent sliding properties. can do.
  • FIG. 14 shows an exploded view of the roller type cam device 300.
  • the cam device 300 includes a cam holder 301 fixed to a fixed mold (lower mold, not shown), a cam slider portion 302 slidably supported by the cam holder 301, a movable mold (upper mold, not shown), etc. and a cam driver 303 for driving the cam slider 302 in a predetermined processing direction A.
  • the cam slider 302 is urged in the return direction by a return elastic member 306, reciprocates in the processing direction A with a predetermined stroke, and a processing tool (not shown) is attached to the side surface.
  • the cam holder 301 has sliding members 301a, 301b, 301c, and 301d that allow the cam slider 302 to move in a predetermined processing direction A.
  • the cam slider 302 has a roller 304.
  • the sliding material of any one or more of the sliding parts 301a, 301b, 301c, and 302d of the cam holder 301 and the roller 304 of the cam slider 302 is made of a base made of a brass-based casting alloy, and is contained in the base of Cr-Fe- a Cr-Fe-Si based intermetallic compound having a nanoindentation hardness of 20 GPa or more and 28 GPa or less in the area where the Si based intermetallic compound is exposed, and further includes a solid lubricant buried in the base material; At a surface pressure of N/mm 2 or more, the wear rate of the sliding material is 0.20 ⁇ m/10 4 strokes or less in the steady wear region, making it possible to realize a cam device 300 with excellent sliding properties. can.
  • the sliding material of any one or more of the sliding parts 301a, 301b, 301c, and 302d of the cam holder 301 and the roller 304 of the cam slider 302 further includes a solid lubricant embedded in the base material, and has a solid lubricant of 20.0 N/mm 2
  • the wear rate in the initial wear region of the sliding material is 8.0 ⁇ m/10 4 strokes or less, making it possible to realize a cam device 300 with high machining force and excellent sliding properties. can.
  • the cam device of the embodiment can have sliding members of various shapes (for example, plate type, cylindrical type) in the sliding portion, and the cam device has a structure different from that of the cam device 1 (FIG. 1). It can be applied to the device 200 (FIG. 13) and the cam device 300 (FIG. 14).
  • Cam device 1 Cam device 1
  • Cam holder 2 Cam holder
  • 3 Cam slider
  • 4 Cam driver
  • 5 Returning elastic member

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Abstract

近年の自動車外板用に多用されるハイテン材などの高強度材の加工においては、カム装置の耐摩耗性や耐久性が問題になっていることから、耐摩耗性や耐久性を向上させたカム装置を提供することを目的とする。　本発明は、黄銅系鋳造合金からなる素地（2e（3i,4e））と、素地（2e（3i,4e））に含まれ、Cr-Fe-Si系金属間化合物（2f（3j,4f））が露出した領域のナノインデンテーション硬さが20GPa以上28GPa以下のCr-Fe-Si系金属間化合物（2f（3j,4f））と、を有する摺動材（2b（3f,3g,4b））、を備えたカム装置である。

Description

カム装置
　本発明は、カム装置に関するものである。
　カム装置は、油圧等のプレス機械に用いられ、その摺動材は、低速高荷重、過酷な摺動環境条件で使用される。したがって、カム装置は、その摺動材に、耐摩耗、低摩擦特性が必要とされる用途となる。カム装置に組み込まれる摺動材は、初期なじみ性に関し、摩擦摩耗特性の重要性は認められていたが、使用される黄銅系鋳造合金の適性の詳細について検討されてはいなかった。
　特許文献１には、カムホルダの摺動面の硬さがカムスライダ側の摺動面の硬さよりも柔らかく設定され、更に、カムドライバにおける摺動面の硬さがカムスライダの摺動面の硬さよりも柔らかく設定されることで、初期なじみを早期に完了させることが記載されている。
　特許文献２には、カムホルダ摺動面とカムスライダ摺動面の間の摩耗量は、カムドライバ摺動面とカムスライダ摺動面の間の摩耗量より大きくすることで初期摩耗期間でのなじみによる接触面積の拡大を進ませて、接触面圧の過大を防止することが記載されている。
　特許文献３には、黄銅素地をβ相に限定し、Fe-Cr-Si系金属間化合物などのFe系のシリサイドを含むものの記載があるが、カム装置への適用に関する詳細は不明である。
特開2011-140048号公報 特開2015- 27702号公報 特開2010-265500号公報
　カム装置に用いられる摺動材には、専らCAC303に代表されるJIS高力黄銅系鋳造合金が使われる。近年の自動車外板用に多用されるハイテン材などの高強度材の加工においては、カム装置の耐摩耗性や耐久性が問題になってきていた。
　本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、耐摩耗性や耐久性を向上させたカム装置を提供することを目的とする。
　本発明は、黄銅系鋳造合金からなる素地と、素地に含まれ、Cr-Fe-Si系金属間化合物が露出した領域のナノインデンテーション硬さが20GPa以上28GPa以下のCr-Fe-Si系金属間化合物と、を有する摺動材、を備えたカム装置である。
　本発明によれば、耐摩耗性や耐久性を向上させたカム装置を提供することが可能となる。
カム装置の図。 カム装置の動作に関する図。 摺動材に固体潤滑剤が埋設された図。 摺動材の断面構造を示す図。 摺動材中のCr-Fe-Si系金属間化合物のSEM像。 ナノインデンター硬さの測定図。 ナノインデンター硬さの測定図。 Fe-Al系金属間化合物の図。 往復摺動試験装置の図。 往復摺動試験結果を示す図。 カム摺動試験装置の図。 カム装置摺動材の摩耗曲線を示す図。 カム装置摺動材の摩耗曲線を示す図。 下置きカム装置の図。 ローラーカム装置の図。
　以下、実施形態のカム装置について詳細に説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されない。
　図１は、実施形態のカム装置を示す分解斜視図である。図１に示すように、実施形態のカム装置１は、カムホルダ２と、カムスライダ３と、カムドライバ４と、戻し用弾性部材５と、を有する。
　カムホルダ２は、カムホルダ摺動面２ａを有するカムホルダ摺動材２ｂと、カムホルダ基部２ｃとを有する。カムホルダ摺動材２ｂは、カムホルダ基部２ｃの取り付け面に、ボルトで取り付けられる。これにより、カムホルダ摺動材２ｂを容易に交換することできる。
　摺動材の摩耗時に金型からカムホルダ基部を取り外す必要がなくなるため、カムホルダ摺動材がカムホルダ基部と一体となっている構造に比べて、交換にかかる時間が短縮され、コストが低くなる利点がある。なお、図１に示すカムホルダ摺動材２ｂは平板形状であるが、摺動する機能を有していれば形状はこれに限定されない。
　カムスライダ３は、カムホルダ２のカムホルダ摺動面２ａに摺接するカムホルダ側カムスライダ摺動面３ａと、カムドライバ側カムスライダ摺動面３ｂと、工具取り付け面３eとを有する。カムスライダ３は、カムホルダ側カムスライダ摺動面３ａがカムホルダ摺動面２ａに当接することにより、カムホルダ２に対して、移動すると共に、カムドライバ側カムスライダ摺動面３ｂが後述するカムドライバ摺動面４ａに当接することにより、カムドライバ４に対して、所定の加工方向に移動する。工具取り付け面３ｅには、不図示の加工工具（例えば、孔開け用パンチや曲げ工具等）が取り付けられる。
　カムドライバ４は、カムドライバ側カムスライダ摺動面３ｂに当接するカムドライバ摺動面４ａを有するカムドライバ摺動材４ｂと、カムドライバ基部４ｃとを有する。カムドライバ摺動面４ａがカムドライバ側カムスライダ摺動面３ｂに当接することにより、カムドライバ４は、カムスライダ３を所定の加工方向に強制的に移動させる。カムドライバ摺動材４ｂは、カムドライバ基部４ｃの取り付け面に、ボルトで取り付けられている。これにより、カムドライバ摺動材４ｂを容易に交換することができる。
　摺動材の摩耗時に金型からカムドライバ基部を取り外す必要がなくなるため、カムドライバ摺動部がカムドライバ基部と一体となっている構造に比べて、交換にかかる時間が短縮され、コストが低くなる利点がある。なお、図１に示すカムドライバ摺動材４ｂは、Ｖ字断面形状を有するが、摺動する機能を有していれば、これに限られず、平板形状や凸断面形状などであってもよい。
　図１では、カムホルダ２とカムドライバ４がそれぞれカムホルダ摺動材２ｂとカムドライバ摺動材４ｂを有するが、これに限られず、カムスライダ３は、取付可能なカムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ（不図示）、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇ（不図示）を有し、カムスライダ３のカムホルダ側カムスライダ摺動面３ａ又はカムドライバ側カムスライダ摺動面３ｂが、取付可能なカムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ及びカムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇの摺動面であってもよい。
　また、カムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇは、本体に取り付け可能な別体である必要はなく、本体と一体的（もしくは本体の一部）であってもよい。
　戻し用弾性部材５としては、例えば、コイルスプリングやガス圧シリンダーを用いることができる。図１では、ガス圧シリンダーを使用する例を示す。戻し用弾性部材５の弾発力によりカムスライダ３を初期位置に復帰させる。
　図２は、カム装置の動作を示す図である。図２の（Ａ）～（Ｃ）に、カム装置１の動作を断面図を用いて示す。戻し用弾性部材５は、コイルスプリングである。図２の（Ａ）に示す状態（初期状態）から、カムホルダ２が、金型（図示せず）の上型と共に上死点（図２の（Ａ））から下死点（図２の（Ｃ））へ上下方向に移動することで、カムスライダ３が加工方向へ移動する。カムスライダ３の工具取り付け面３eに設けられた加工工具Tが加工方向へ移動し、金型に設置されたワークに対して孔開け加工や曲げ加工を行う。
　カム装置１の動作時に、カムホルダ摺動面２ａとカムドライバ摺動面４ａに、摺動による摩耗が発生する。ここで、加工工具と被加工物等との相対位置調整には高い精度が要求されるため、カムホルダ摺動面２ａとカムドライバ摺動面４ａに発生する摩耗は小さいことが要求される。
　図３は、黄銅系鋳造合金に固体潤滑剤が埋設された摺動材（カムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、又は、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇ）の摺動面（カムホルダ摺動面２ａ、カムドライバ摺動面４ａ、カムホルダ側カムスライダ摺動面３ａ、又は、カムドライバ側カムスライダ摺動面３ｂ）の一部を拡大して示す図である。
　図に示すように、摺動面には、素地２ｅ（４ｅ、３ｉ）に、円形断面の固体潤滑材２ｄ（４ｄ、３ｈ）が分布している。固体潤滑剤２ｄ（４ｄ、３ｈ）は、例えば、グラファイトである。埋設された固体潤滑剤が混合潤滑下で自己潤滑作用をなし、油膜が形成できづらい衝撃を伴う環境下でも良好な潤滑性能を示す。また、摺動面は素地と硬質粒子によって支えられる。固体潤滑剤は、硬質粒子であるCr-Fe-Si系金属間化合物に強固に移着し、潤滑膜を形成し、摩擦係数を低下させる効果を持つ。その結果、固体潤滑剤と硬質粒子によって、摩耗の進行を遅らせ（摩擦速度を低下させ）、寿命を長くすることができる。また、素地表面にも固体潤滑剤が移着し摺動を助ける。
　図４は、実施形態の摺動材（カムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、又は、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇ）の一部の断面構造を示す図である。なお、カムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇは、同一の断面構成を有するため、図４を用いて、これら摺動材の構成を同時に説明する。なお、図４における、固体潤滑剤とCr-Fe-Si系金属間化合物の大きさの関係は説明のためのものであり、厳密な大きさの関係を示すものではない。
　ここで、カムホルダ摺動材２ｂは、素地２ｅ、Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、固体潤滑材２ｄを有し、カムドライバ摺動材４ｂは、素地４ｅ、Cr-Fe-Si系金属間化合物４ｆ、固体潤滑材４ｄを有し、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆは、素地３ｉ、Cr-Fe-Si系金属間化合物３ｊ、固体潤滑材３ｈを有し、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇは、素地３ｉ、Cr-Fe-Si系金属間化合物３ｊ、固体潤滑材３ｈを有するものとする。
　図４は、摺動面に垂直な断面から見た金属間化合物の構造を示す。カムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇは、各々、素地２ｅ、４ｅ、及び、３ｉと、Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊと、固体潤滑材２ｄ、４ｄ、及び、３ｈとを有する。
　素地２ｅ、４ｅ、及び、３ｉは、黄銅系鋳造合金である。素地２ｅ、４ｅ、及び、３ｉは、各々、用途に応じた形状、及び、機械的な強度をカムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇに与える。
　実施形態のカムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇは、各々、Crを主成分とするCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊとして、（Cr,Fe）3Siを含む。Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊは、代表的には(Cr0.85Fe0.15)3Siの構造を有する。
　Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊは、Cr、Fe、及び、Siからなる組成の化合物である。実施形態のCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊは、(Cr,Fe）3Siの構造を有する。Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊの各々は、丸みを帯びた曲面の外形を有する。
　素地２ｅ、４ｅ、及び、３ｉに各々含まれる多数のCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊは、互いに結合し、これにより、多数のCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊが各々連結した立体構造を構成する。実施形態のカムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇに各々含まれるCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊは、20GPa以上28GPa以下のナノインデンテーション硬さを有する。
　Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊの同定、原子の結合割合についてはSEM-EDSのポイント分析による原子％の組成から化合物の原子結合比を算出した。例えば、単純なMnシリサイドの場合、Mn:Si＝5:3の結合比であり、化学構造がMn5Si3の化合物であることが解る。
　この金属間化合物の表記は、一般合金成分の表記と同じく、多い成分から順に記載し、Mn-Si系金属間化合物と表記する。従って、Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊとはCrを主成分とするCrとFeとSiからなる化合物であることを示す。
　本発明者らは、この化合物がMn-Fe-Si系金属間化合物のように、３元化した場合においては、主構造がMn5Si3であることに変わりはなく、Mnの一部が置換された（Mnx,Fey）（ただしｘ＋ｙ＝１）となることを確認し、その置換比を明確にした。即ち、これらの計測装置および化学構造を決定する考え方を導入することで、正確な化学構造を知ることが可能になった。
　従来、金属間化合物は、専ら断面形状を基に評価することが多かった。しかしながら、摩擦摩耗の場においては、摩耗が進行するプロセスに対応して化合物の３次元的な晶出形態を把握する必要がある。
　本発明者らは、黄銅の素地２ｅ、４ｅ、及び、３ｉを溶解し、Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊのみを残す腐食法を開発した。これにより、Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊの３次元的な晶出形態をSEM（2次電子像）観察することが可能になった。（図５）
　また、微細な組織であるCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊの硬さは、ナノインデンターにより硬さ測定が可能である。
　ナノインデンターによる硬さ計測は、“ISO 14577-1 Metallic materials -Instrumented indentation test for hardness and materials parameters-“およびその附則“Annex A (normative)Materials parameters determined from the force/indentation depth data set”に準拠する。ナノインデンターによる硬さ計測には、BRUKER社製HYSITRONTI980装置を用いた。
　ナノインデンテーション硬さの測定条件、及び、測定手順を、以下に示す。
　ナノインデンテーション測定条件は以下である
       テスト荷重　800μN、
       負荷　1s、
       保持　0.4s、
       除荷　1s
　測定条件のISO表記は以下である。
       HIT ＝HIT8x10-4/1/0.4/1（備考：ISO 14577-1　Annex A）
　測定手順とCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊのナノインデンテーション硬さの決定方法は以下である。
　1. 試料測定面をイオンミリング装置にて研磨し、平滑な表面とする。
　2. Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊを含む視野内の構成成分を、SEM/EDSを用いて確認する。次に、ナノインデーテーション測定装置のカメラを用いて、Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊと同一視野であることを確認する。これにより、ナノインデンテーション測定視野を決定する。
　3. Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊを含む、13.5μm×13.5μmの視野において、1.5μm格子間隔のグリッドを設定する。グリッドの合計100点の格子点のナノインデンテーション硬さを上記のナノインデンテーション測定条件で順次計測する。
　4. 上記測定結果を基に、同一のナノインデンテーション硬さの点を線で接続することにより等高線図を得る。図６Aは、同一の硬さの点を線で接続することにより得られた等高線図である。次に、図６Aのナノインデンテーション硬さのピークを通り、Ｘ軸に平行な線（図6A中のD-D’）で、等高線の断面をとる。図６Bは、等高線の断面をとることにより得られた硬さ分布を示す断面図である。
　5. 図６Bの硬さ断面図において、Aは素地２ｅ、４ｅ、及び、３ｉの領域を示し、Bは素地２ｅ、４ｅ、及び、３ｉとCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊとの境界領域を示し、CはCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊの領域を示す。
　素地２ｅ、４ｅ、及び、３ｉの領域Ａにおけるナノインデンテーション硬さは、約４GPaである。素地２ｅ、４ｅ、及び、３ｉとCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊとの境界領域Bでは、Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊが晶出することにより素地２ｅ、４ｅ、及び、３ｉより硬さが大きくなり、素地２ｅ、４ｅ、及び、３ｉに近い周辺部分から急激に硬さが上昇する。Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊの領域Cでは、中心部のナノインデンテーション硬さは比較的フラットであり、図６Bでは、19.5 GPa以上24.4 GPa以下のナノインデンテーション硬さとなる。
　本測定法ではナノインデンテーション硬さが離散値でしか得られない。このため、Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊの硬さを表す方法として、中心部のフラットな高硬度の領域ＣをCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊが晶出した領域とみなした。そして、領域Ｃのナノインデンテーション硬さを用いて、Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊの硬さとした。
　なお、境界領域Ｂの決定に当たっては、ある格子点のナノインデンテーション硬さをHnとし、その隣の1.5μm離れた格子点のナノインデンテーション硬さをHn+1とした場合に、|Hn+1-Hn|>6.0GPaの条件を満たす部分を境界領域Bとし、CとBの領域の境界線は等高線に従って設けることとした。
　このように決定した境界領域Ｂよりも硬さの大きい領域Ｃを、Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊが晶出した領域とみなす。図６Bに示したCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊの場合には、領域Cのナノインデンテーション硬さは、19.5 GPa以上24.4 GPa以下である。
　なお、ナノインデンテーション硬さの測定は、複数の視野（例えば、５か所の視野）を反映させることでもよい。その場合、視野１～５のそれぞれのナノインデンテーション硬さ中で、最小値から最大値を、Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊのナノインデンテーション硬さとする。また、他の金属間化合物のナノインデンテーション硬さの測定手順～決定方法についても同じプロセスで行う。
　実施形態のカムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇは、各々、Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊの粒子の３次元結合構造と、ナノインデンテーション硬さと、により、摺動性を向上させている。
　実施形態のカムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇと、比較例の摺動材との、組成、構造、立体構造やナノインデンテーション硬さを比較し、実施形態のカムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇの効果を確認した。
　実施形態のカムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇは、各々、黄銅系鋳造合金の素地２ｅ、４ｅ、及び、３ｉ中に（Cr,Fe）3Siの構造を有し、丸みを帯び曲面で構成されかつ部分的にCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊが連結した立体構造を有し、ナノインデーテーション硬さが20GPa以上28GPa以下の硬さを有する。
　Cr、FeおよびSiからなる金属間化合物には、Crを主成分とする実施形態のCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊである（Cr,Fe）3Si（具体的には、(Cr0.85Fe0.15)3Si）と、Feを主成分とするFe-Cr-Si系金属間化合物（Fe,Cr）3Si（具体的には、(Fe0.85Cr0.15)3Si）と、の２種類の化合物が存在する。しかしながら、この二つの金属間化合物は全く異なる形態を示す。
　Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊとFe-Cr-Si系金属間化合物は同時に晶出する傾向があり、本発明者らは、専らCr-Fe-Si系金属間化合物のみを活用する目的で、この二つのシリサイドの分離凝固を試みた。その結果、凝固条件を制御することでCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊと、Fe-Cr-Si系金属間化合物を分離凝固させることに成功した。そのことによって、Cr-Fe-Si系金属間化合物に特化した優れた摩擦摩耗特性を把握することが出来、実施形態に至ることが可能となった。
　同じCr,Fe,Siを構成成分とする金属間化合物であっても、Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊとFe-Cr-Si系金属間化合物では、その形態やナノインデーテーション硬さが全く異なり、その結果硬質化合物がもたらす摩擦摩耗性能が異なる。実施形態では、このうちCrを主成分とし、丸みを帯び曲面で構成されかつ部分的に連結した立体構造を有することを特徴とするCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊの活用を目的とした。
　黄銅系鋳造合金では、トライボロジー基礎式(１)に従い、耐摩耗性と低摩擦性（低μ性）が評価される。
　　　　　　μ＝τ0/PH　・・・(１)
　ただし、μ：摩擦係数、τ0 ：潤滑物質のせん断力、PH ：硬さ（荷重／面積）である。
　摩擦係数μは、潤滑物質のせん断力に比例し、下地硬さに反比例する。硬さPHは、荷重を接触面積で割ったものである。摩擦係数μを低下させるには、摩擦時荷重点となる金属間化合物の硬さを上げることや、金属間化合物の接触面積を小さくすることが必要である。
　即ち、化合物の形状は、理想的には球形に近づけて接触面積を小さくし、かつ、硬い化合物であれば、摩擦係数を低下させることが出来る。
　図４及び図５は、実施形態のCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊを示す。図４及び図５に示すように、実施形態のCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊは、硬質で丸みを帯び曲面で構成され、かつ連結した化合物形態である。
　これにより、実施形態のCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊは、硬質でかつ摩擦面を小さくし、かつ放熱面積を増やした形態は、摩擦係数を下げることが可能な形態といえる。
　図７は、比較例２のFe-Al系金属間化合物を示す。図７に示すように、比較例２のFe-Al系金属間化合物は角形で小さく化合物が夫々独立し連結していない。
　実施形態のCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊによる効果は、上記トライボロジー基礎式(１)式に従い、PH（硬さ）の増大が摩擦係数を低下させ、潤滑剤が介在することにより、μ×荷重×速度で示される摩擦仕事を低下させ、これにより、摩擦熱の発生を少なくすることができ、低摩擦効果を発揮することである。
　摺動材の摩耗量（V）は（２）式で示される。
　　　　　V＝Z(P/PH)L  ・・・（２）
　摩耗量（V）は、摩耗係数Zと荷重P、摩擦距離Lに比例し、硬さPHに反比例する。従って、軟らかい黄銅系鋳造合金に晶出する化合物の硬さを上げることで摩耗量を減らすことが可能となる。
　実施形態のCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊの領域Ｃ（図６A、図６Bに示す）のナノインデンテーション硬さは、20GPa～28GPaであり、耐摩耗性に優れた組織である。
　摩擦時、金属間化合物は、荷重点となり強い摩擦熱が生じる。この摩擦熱は化合物と銅合金マトリックス界面を通して放熱される。従って、化合物が３次元的に連結していることは、化合物全体の表面積を大きくし、放熱効率を飛躍的に高めることができる。このように摩擦時の放熱効率が良いことは、表面温度の上昇を防止し、過酷な摩擦状況を緩和することができる。
　例えば、単独で晶出した粒状の比較例のFe-Al系金属間化合物は、荷重点となり摩擦熱が増大したときに、金属間化合物が高温化し、化合物／素地界面が軟化し、化合物界面が不安定化し、遊離する可能性がある。
　一方、図４及び図５に示すように、実施形態のCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊは、表面積が大きく、連結しているため、熱交換面積が増え、集中荷重によって生じる摩擦熱を適宜拡散することができる。このように３次元構造を有することは、摩擦摩耗の場においては重要な要素である。
　このように、Cr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊの形状や、連続性は重要な意味を持ち、その用途としても高負荷摺動材として有効に機能する。即ちCr-Fe-Si系金属間化合物２ｆ、４ｆ、及び、３ｊの連続性と硬さは、摩耗を防ぎ、低摩擦状態を現出する優れた構造と言える。
　以下に、本発明の評価例について説明をする。なお、本発明は以下の評価例に限定されない。
　表１に、実施例の摺動材（カムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇ）と比較例の摺動材に含まれる金属間化合物の構成を示す。実施例１の摺動材（カムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇ）と比較例２の摺動材は、Cu-26Zn-5Alの黄銅系鋳造合金素地中に、表１に示す金属間化合物を含む。
　実施例1は、素地（２ｅ、４ｅ、及び、３ｉ）中に、各々、Cr-Fe-Si系金属間化合物（２ｆ、４ｆ、及び、３ｊ）を晶出させた摺動材（カムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇ）である。比較例2は、素地中にFe-Al系金属間化合物を晶出させた摺動材で、一般的に使用される高力黄銅材である。
　表１に、それぞれの金属間化合物の化学式、金属間化合物の晶出形態（金属間化合物の形状、金属間化合物の連続性（結合、連結））、ナノインデンテーション硬さ（GPa）を示した。また実施例１のSiの添加量は、0.3%とし、晶出する化合物の組成に従って、Mn、Fe、Crなどの添加量を決めた。
　いずれの合金も、まず溶解温度1100℃で純Cu地金を溶解し、次にZnを所定量添加しCu-Zn合金を作成し、次にAlを添加、溶解し、次に1200℃まで昇温した後、必要な元素の母合金を添加溶解し、所定の成分になるように溶解鋳造し、試験片形状に加工された。また本実施形態の摺動材は、砂型鋳造法、金型鋳造法、および金型鋳造した後、押出し加工、引く抜き加工を施す工法でも作ることが出来、各製造方法に限定されるものではない。
　実施例１のCr-Fe-Si系金属間化合物（２ｆ、４ｆ、及び、３ｊ）の場合には、Cr-Fe-Si系金属間化合物（２ｆ、４ｆ、及び、３ｊ）を含む視野においてナノインデンテーション硬さ19.5GPa以上27.9GPa以下の領域が観察された。一方、比較例２のFe-Al系金属間化合物の場合は、6.6GPa以上7.4GPa以下の領域が観察された。
　このように、実施例１のCr-Fe-Si系金属間化合物（２ｆ、４ｆ、及び、３ｊ）は極めて硬質な金属間化合物であり、この硬さがトライボ性能に大きく影響を与える。
　図８に、往復摺動試験装置の概要を示す。いわゆるピンオンデイスクタイプの往復摺動試験装置で、摩耗量を計測することが出来る。図中の、1は加圧装置、2は供試材料、3は相手材料を示す。4は相手材を往復摺動させるモーターである。以下に試験条件を示す。
・試験機　　　    ：往復動荷重試験機
・最高摺動速度　　：8m/min
・往復摺動距離    ：150mm
・トータル摺動距離：500m
・試験温度（軸受背面温度）：100℃
・相手材　　    　：FC250、表面粗さRa3.0
・潤滑油　　    　：VG32
・摩耗試験荷重    ：30MPa一定荷重
　図９に、実施例１の摺動材（カムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇ）及び比較例２の摺動材の摩耗量を示す。おどろくべきことに、実施例１では摩耗量は2μmである。一方、比較例２では摩耗量は20μmである。
　実施例1の摺動材（カムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇ）は、従来から使用されている比較例2の摺動材よりも格段に優れた耐摩耗性が得られることわかる。
　このように実施例の摺動材（カムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇ）は、晶出形態やナノインデンター硬さにおいてトライボロジー性能に優れるCr-Fe-Si系金属間化合物（２ｆ、４ｆ、及び、３ｊ）の晶出によって、優れたトライボ性能の改善が得られることが実証された。
　次に、実施例１の摺動材（カムホルダ摺動材２ｂ及びカムドライバ摺動材４ｂ）、比較例２の摺動材を、図１に示すカム装置に組み込み、カム装置としての機能を、図１０で示す試験装置を用いて評価を実施した。図中の、１はカムユニット、９は負荷用ガスシリンダ、１０は上型、１１は下型を示す。なお、打回試験とはプレス装置を用いた、実際の金型加工を模擬した試験方法のことをいう。
　打回試験の試験条件を以下に示す。なお、打回数とはプレスの動作回数を示し、プレス機のスライドが上死点から下降し、金型の上型を下死点まで押し下げ、カム装置を作動させ再び元の上死点に復帰する１サイクルの動作の数を示し、ショット数ともいう。
　・負荷荷重　　　　      　　  92     (KN)　       
　・面圧　　　　カムホルダ側　  30.0   (N/mm2)
           　　 カムドライバ側　24.7   (N/mm2)
  ・プレス速度　　　　　　　　　30     (min-1(SPM)) 
  ・すべり速度　カムホルダ側　　10.7 　 (m/min)
                カムドライバ側　 6.9 　 (m/min)
　・打回数（ショット数）　　　  50000   (　回　)　 
　通常、摩耗曲線は、なじみ段階で急速に摩耗が進行するＩ）初期摩耗領域と、その後なじみ面が形成され摩耗速度が減速するＩＩ）定常摩耗領域の二つの領域に分けて考えられる。初期摩耗段階は、加工誤差を含む加工面が摺動することにより、必要な摩耗が急速に生じ、その装置に最適ななじみ面を形成する。初期摩耗段階を早期にクリアし、安定したなじみ面同士の摺動になることで、摩耗量は減速し、安定した摩擦状態に入る。摩耗曲線を比較することで、それぞれの摺動材の特性を知ることが可能である。なお、初期摩耗領域とは、打回数が0～5000回までの領域と定義し、定常摩耗領域とは打回数が20000回以降の安定領域と定義する。
　試験結果を図１１、１２に示す。試験結果は、縦軸に摩耗量、横軸に打回数をとった摩耗曲線で示した。本試験では打回数を50000回まで実施し、実施例１と比較例２のカムホルダ摺動材とカムドライバ摺動材の摩耗曲線を測定した。
　カムホルダ摺動材２ｂ（図１１）、カムドライバ摺動材４ｂ（図１２）のいずれも、初期摩耗（～5000回）の後、定常摩耗（20000回～）状態に移行することが解る（図１１、１２中の２の線）。図１２に示すように、5万回打回時の摩耗量は比較例2（図１２中の１の線）のカムドライバ摺動材が17.8μmに対して、実施例1（図１２中の２の線）のカムドライバ摺動材４ｂが4.9μmである。図１１に示すように、5万回打回時の摩耗量は、比較例2（図１１中の１の線）のカムホルダ摺動材が12.7μmに対して、実施例1（図１１中の２の線）のカムホルダ摺動材２ｂが4.4μmである。カムホルダ摺動材２ｂもカムドライバ摺動材４ｂも比較例2と比べ実施例1は極めて少なく、おどろくべきことに、初期摩耗領域でも定常摩耗領域でも摩耗速度が低下することが解った。
　表２には、カムドライバ摺動材４ｂの初期摩耗領域および定常摩耗領域の摩耗速度を示す。0～5000回打回までの初期摩耗領域において表１に示す硬質な化合物を析出させた本願材料が6.8μｍ／104打回の摩耗速度に対し、軟質な化合物を析出させた比較材は30.0μｍ／104打回と約4.4倍の摩耗速度を示した。また摩耗量が安定する定常摩耗領域でも本願材料は極めて低い摩耗速度で安定しているのに対し比較例は約4.3倍の速度で摩耗が進行することが判明した。このように、実施形態の摺動材（カムホルダ摺動材２ｂ及びカムドライバ摺動材４ｂ）を用いたカム装置においては、初期摩耗領域、定常摩耗領域のいずれにおいても優れた耐摩耗性能が実証された。
　実施形態のカム装置は、摺動面に固体潤滑剤が埋設され、黄銅系鋳造合金素地に、ナノインデンテーション硬さが20GPa以上28GPa以下のCr-Fe-Si系金属間化合物を含む摺動材（カムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇ）を、カム装置に設置し、20.0(N/mm2)以上の面圧において、摺動材（カムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇ）の定常摩耗領域における摩耗速度が0.20（μｍ／104打回）以下であるカム装置である。
　実施形態のカム装置は、摺動面に固体潤滑剤が埋設され、黄銅系鋳造合金素地に、ナノインデンテーション硬さが20GPa以上28GPa以下のCr-Fe-Si系金属間化合物を含む摺動材（カムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇ）を、カム装置に設置し、20.0(N/mm2)以上の面圧において、摺動材（カムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇ）の初期摩耗領域の摩耗速度は、8.0μｍ／104打回以下であるカム装置である。
　実施形態のカム装置は、摺動面に固体潤滑剤が埋設され、黄銅系鋳造合金素地に、ナノインデンテーション硬さが20GPa以上28GPa以下のCr-Fe-Si系金属間化合物を含む摺動材（カムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇ）を、カム装置に設置し、20.0N/mm2以上の面圧において、摺動材の5万回打回時における摩耗量は、5.0μｍ以下であるカム装置である。
　一般的にハイテン材と言われる材料強度780MPaのパネル(板厚1mm)に、幅46ｍｍのカムに設置できる最大のリテーナ(シャンク径φ16)で加工するときの打抜力を算出した結果、カムホルダ摺動面２ａにかかる面圧は19.1MPa と算出され、実施形態のカム装置１において高加工力とは摺動面に掛かる面圧が20MPaを超えるものとする。
　即ち、実施形態の摺動材（カムホルダ摺動材２ｂ、カムドライバ摺動材４ｂ、カムホルダ側カムスライダ摺動材３ｆ、及び、カムドライバ側カムスライダ摺動材３ｇ）はカム装置1に適用され、高負荷（20MPa以上）にも耐え、かつ極めて小さな摩耗に留まることにより、高精度な加工を維持することが出来ることが判明した。
　実施形態によるカム装置は、上述の例に限られない。例えば、実施形態に示すカム装置は、カムホルダおよびカムドライバがそれぞれ、金型とは異なる部品として組み付けられているが、この別体構造に限られない。例えば、カムホルダもしくはカムドライバのどちらか一方が、金型と一体となっていてもよい。カムドライバが金型と一体化した構造であれば、金型がカムドライバとしての機能を有する。
　例えば、カム装置には、上吊りカム（図１に示すカム装置１）、下置きカム、ローラーカムなどの種類があり、それぞれ構造が異なる。いずれのカムも摺動部を有し、各々の摺動部に実施形態のカム装置の摺動材を適用することが出来る。これにより、耐摩耗性や耐久性が向上し高加工力を備えるカム装置とすることが出来る。
　以下に、実施形態のカム装置１の応用例を説明する。実施形態のカム装置は、例えば、以下に説明する下置きカム装置やローラーカム装置とすることができる。なお、各カム装置の公知の構成については説明を適宜省略する。
　図１３に、下置きタイプのカム装置２００の分解図を示す。カム装置２００は、カムドライバ２０１、カムスライダ２０２、カムホルダ２０３、戻し用弾性部材２０７と、を有する。カムドライバ２０１は、プレス金型装置の上型に取り付けられ、カムスライダ２０２を加工方向に駆動する。カムホルダ２０３は下型に取り付けられる。カムスライダ２０２は、ワークを加工する加工工具が設置可能であり、カムホルダ２０３に摺動可能に取り付けられている。
　図１３に示すように、カムドライバ２０１には、摺動面２０１ｂを有する摺動材２０１ａが着脱可能に設けられている。カムスライダ２０２は、摺動面２０１ｂと摺接する摺動面２０２ａと、工具取り付け面２０２ｂと、摺動面２０２ｃと、摺動面２０２ｄと、を有する。カムホルダ２０３は、カムスライダ２０２と摺接する摺動面２０３aを有する。
　例えば、カムドライバ２０１の摺動部、カムスライダ２０２の摺動部、カムホルダ２０３の摺動部、のいずれか１以上の摺動材が、黄銅系鋳造合金からなる素地と、素地に含まれ、Cr-Fe-Si系金属間化合物が露出した領域のナノインデンテーション硬さが20GPa以上28GPa以下のCr-Fe-Si系金属間化合物と、を有し、素地に埋設された固体潤滑剤をさらに有し、20.0N/mm2以上の面圧において、摺動材の摩耗速度は、定常摩耗領域において、0.20μｍ／104打回以下であることにより、高加工力を備え摺動性に優れたカム装置２００を実現することができる。
　さらに、カムドライバ２０１の摺動部、カムスライダ２０２の摺動部、カムホルダ２０３の摺動部、のいずれか１以上の摺動材が、素地に埋設された固体潤滑剤をさらに有し、20.0N/mm2以上の面圧において、摺動材の初期摩耗領域の摩耗速度は、8.0μｍ／104打回以下であることにより、高加工力を備え摺動性に優れたカム装置２００を実現することができる。さらに、20.0N/mm2以上の面圧において、摺動材の5万回打回時における摩耗量は、5.0μｍ以下であるカム装置を提供することができる。
　図１４に、ローラータイプのカム装置３００の分解図を示す。カム装置３００は、固定金型（下型、不図示）等に固定されたカムホルダ３０１と、カムホルダ３０１に摺動可能に支持されるカムスライダ部３０２と、移動金型（上型、不図示）等に固定され、カムスライダ３０２を所定の加工方向Aに駆動するためのカムドライバ３０３と、を有する。カムスライダ３０２は、戻し用弾性部材３０６で戻り方向に付勢され、所定のストロークで加工方向Aに往復動作し、側面に加工工具（不図示）が取り付けられる。
　図１４に示すように、カムホルダ３０１は、カムスライダ３０２を所定の加工方向Aに動作可能とするための摺動材３０１a、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄを有する。
　図１４に示すように、カムスライダ３０２は、ローラー３０４を有する。
　例えば、カムホルダ３０１の摺動部３０１a、３０１ｂ、３０１ｃ、３０２ｄ、カムスライダ３０２のローラー３０４のいずれか１以上の摺動材が、黄銅系鋳造合金からなる素地と、素地に含まれ、Cr-Fe-Si系金属間化合物が露出した領域のナノインデンテーション硬さが20GPa以上28GPa以下のCr-Fe-Si系金属間化合物と、を有し、素地に埋設された固体潤滑剤をさらに有し、20.0N/mm2以上の面圧において、摺動材の摩耗速度は、定常摩耗領域において、0.20μｍ／104打回以下であることにより、摺動性に優れたカム装置３００を実現することができる。
　さらに、カムホルダ３０１の摺動部３０１a、３０１ｂ、３０１ｃ、３０２ｄ、カムスライダ３０２のローラー３０４のいずれか１以上の摺動材が、素地に埋設された固体潤滑剤をさらに有し、20.0N/mm2以上の面圧において、摺動材の初期摩耗領域の摩耗速度は、8.0μｍ／104打回以下であることにより、高加工力を備え摺動性に優れたカム装置３００を実現することができる。さらに、20.0N/mm2以上の面圧において、摺動材の5万回打回時における摩耗量は、5.0μｍ以下であるカム装置を提供することができる。
　このように、実施形態のカム装置は、摺動部に様々な形状（例えば、プレート型、円筒型）の摺動材を有することができ、カム装置１（図１）とは異なる構造のカム装置２００（図１３）やカム装置３００（図１４）に応用することができる。
　以上、実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図されない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１：カム装置１、２：カムホルダ、３：カムスライダ、４：カムドライバ、５：戻し用弾性部材
 

Claims (9)

  1. 　黄銅系鋳造合金からなる素地と、
    　前記素地に含まれ、前記Cr-Fe-Si系金属間化合物が晶出した領域のナノインデンテーション硬さが20GPa以上28GPa以下のCr-Fe-Si系金属間化合物と、を有する摺動材、を備えたカム装置。
  2. 　前記摺動材は、前記素地に埋設された固体潤滑剤をさらに有し、
    　打回試験における前記摺動材の20.0N/mm2以上の面圧において、前記摺動材の初期摩耗領域の摩耗速度は、8.0μｍ／104打回以下である、請求項１に記載のカム装置。
  3. 　前記摺動材は、前記素地に埋設された固体潤滑剤をさらに有し、
    　打回試験における前記摺動材の20.0N/mm2以上の面圧において、前記摺動材の定常摩耗領域の摩耗速度は、0.20μｍ／104打回以下である、請求項１または２に記載のカム装置。
  4. 　前記摺動材の定常摩耗領域の摩耗速度は、より望ましくは、0.10μｍ／104打回以下である、請求項３に記載のカム装置。
  5. 　前記摺動材は、前記素地に埋設された固体潤滑剤をさらに有し、
    　打回試験における前記摺動材の20.0N/mm2以上の面圧において、前記摺動材の5万回打回時における摩耗量は、5.0μｍ以下である、請求項１から４のいずれかに記載のカム装置。
  6. 　前記カム装置は、
    　カムホルダ摺動部を有するカムホルダと、
    　前記カムホルダ摺動部に摺接するカムホルダ側カムスライダ摺動部と、カムドライバ側カムスライダ摺動部と、を有するカムスライダと、
    　前記カムドライバ側カムスライダ摺動部に摺接するカムドライバ摺動部を有するカムドライバと、を有し、
    　前記摺動材は、
    　前記カムホルダ摺動部、前記カムドライバ摺動部、前記カムホルダ側カムスライダ摺動部と、及び、前記カムドライバ側カムスライダ摺動部の中の少なくとも１つである、請求項１から５のいずれかに記載のカム装置。
  7. 　前記固体潤滑剤は、グラファイトである、請求項２、３、及び、５のいずれかに記載のカム装置。
  8. 　前記Cr-Fe-Si系金属間化合物は、当該Cr-Fe-Si系金属間化合物が連結した立体構造を有し、かつ、丸みを帯び曲面で構成された形状を有し、（Cr,Fe）3Siの化学構造を有する、請求項１から７のいずれかに記載のカム装置。
  9. 　前記カム装置は、上吊りタイプのカム装置のみならず、下置きタイプのカム装置、又は、ローラータイプのカム装置、である、請求項１から８のいずれかに記載のカム装置。
     
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