(57)【要約】  優れた機械的強度を有しつつも実用的な加工性も有し、さらに耐摩耗性および耐焼付き性に優れること。  片状黒鉛鋳鉄製の円筒部材であって、片状黒鉛鋳鉄が、質量％で、Ｃ：２．８５％以上３．３５％以下、Ｓｉ：１．９５％以上２．５５％以下、Ｍｎ：０．４５％以上０．８％以下、Ｐ：０．０３％以上０．２５％以下、Ｓ：０．１５％以下、Ｃｒ：０．１５％以上０．５５％以下、Ｍｏ：０．１５％以上０．６５％以下、Ｎｉ：０．１５％以上０．６５％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。【特許請求の範囲】
【請求項１】
片状黒鉛鋳鉄製の円筒部材であって、
前記片状黒鉛鋳鉄が、
質量％で、Ｃ：２．８５％以上３．３５％以下、Ｓｉ：１．９５％以上２．５５％以下、Ｍｎ：０．４５％以上０．８％以下、Ｐ：０．０３％以上０．２５％以下、Ｓ：０．１５％以下、Ｃｒ：０．１５％以上０．５５％以下、Ｍｏ：０．１５％以上０．６５％以下、Ｎｉ：０．１５％以上０．６５％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項２】
片状黒鉛鋳鉄製の円筒部材であって、
前記片状黒鉛鋳鉄が、
質量％で、Ｃ：２．８５％以上３．３５％以下、Ｓｉ：１．９５％以上２．５５％以下、Ｍｎ：０．４５％以上０．８％以下、Ｐ：０．０３％以上０．２５％以下、Ｓ：０．１５％以下、Ｃｒ：０．１５％以上０．５５％以下、Ｍｏ：０．１５％以上０．６５％以下、Ｎｉ：０．１５％以上０．６５％以下、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＮｉおよびＦｅ以外のその他の元素：０％を超え０．６％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項３】
前記その他の元素がＣｕであり、質量％で、Ｃｕ：０．０５％以上０．５５％以下を含むことを特徴とする請求項２に記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項４】
前記片状黒鉛鋳鉄が、パーライトおよびベイナイトからなる群より選択される少なくとも１種の基地を含む組織を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項５】
前記片状黒鉛鋳鉄のＭｏの含有量が、質量％で、０．２０％以上０．５５％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項６】
質量％で、ｉ）前記片状黒鉛鋳鉄のＭｏの含有量が０．３０％以上０．５５％以下、かつ、ｉｉ）前記片状黒鉛鋳鉄のＭｏおよびＮｉの合計含有量が０．６０％以上１．１５％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項７】
前記円筒部材の肉厚が３．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項８】
前記片状黒鉛鋳鉄の硬さが１０２ＨＲＢ以上１１２ＨＲＢ以下であり、引張強度が３００ＭＰａ以上であり、かつ、ヤング率が１１０ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項９】
前記片状黒鉛鋳鉄が炭化物を含み、かつ、前記円筒部材の径方向に対して、０．２ｍｍ以上連続する連続領域内において、前記炭化物の面積率が０．９％以上５．０％以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項１０】
前記連続領域の前記円筒部材の径方向に対する長さが、２．７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項１１】
前記円筒部材の内周面および外周面から選択されるいずれか一方の面が、前記円筒部材の径方向に対して前記連続領域の一方側の端部に形成されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項１２】
前記内周面が、前記円筒部材の径方向に対して前記連続領域の最内周側に形成され、かつ、前記内周面をピストン及びピストンリングが往復摺動する内燃機関用シリンダライナであることを特徴とする請求項１１に記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項１３】
前記内周面が、前記円筒部材の径方向に対して前記連続領域の最内周側に形成され、かつ、前記内周面でブレーキシューと摺動する内接式ドラムブレーキのブレーキドラムであることを特徴とする請求項１１に記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、片状黒鉛鋳鉄製円筒部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基地中に存在する黒鉛による潤滑作用に優れた鋳鉄製部材は、内燃機関のシリンダライナ、ブレーキドラム、昇降機用部品などの耐摩耗性が要求される部材として広く用いられている（特許文献１、２等）。この鋳鉄製部材としては様々な組成・組織・物性を有するものが提案されており、たとえば、片状黒鉛鋳鉄製の部材としては特許文献１，２に例示される部材が挙げられる。【０００３】
ここで、特許文献１には、引張強さ：２５０ＭＰａ以上、基地硬さ：２５０ＨＶ以上、質量％で、Ｃ：２．７０〜３．９０％、Ｓｉ：１．２０〜２．８０％、Ｍｎ：１．００〜３．２０％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成と、炭化物面積率で６．０％以下分散した組織と、を有する片状黒鉛鋳鉄製の昇降機用部品が提案されている。このため、機械的強度および被削性に優れ、安価かつ容易に製造できる昇降機用部品を提供できる。【０００４】
また、特許文献２には、肉厚が３０〜３５０ｍｍ、引張強さ：２５０ＭＰａ以上、質量％で、Ｃ：２．４〜３．６％、Ｓｉ：０．８％以上２．８％未満、Ｍｎ：１．１〜３．０％を含み、さらに、Ｐ：０．０１〜０．６％、Ｂ：０．００１〜０．２％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成と、炭化物が面積率で８％以下分散した組織とを有する片状黒鉛鋳鉄製の船舶機関用シリンダライナが提案されている。このため厚肉、高強度、安価な船舶機関用シリンダライナが提供できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１８９８２４号公報
【特許文献２】特開２０１４−６２３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、耐摩耗性が要求される部材として用いられる鋳鉄製部材は、摺動面の焼き付きが生じ難いことも重要である。これに加えて、鋳鉄製部材に、軽量化あるいは薄型化なども求められる場合は、これらの要求を満たせる機械的強度を確保しつつ、その一方で、生産性を損なわない程度の加工性も確保する必要がある。【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、優れた機械的強度を有しつつも実用的な加工性も有し、さらに耐摩耗性および耐焼付き性に優れた片状黒鉛鋳鉄製円筒部材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】
【０００８】
上記課題は以下の本発明により達成される。すなわち、
第一の本発明の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材は、片状黒鉛鋳鉄製の円筒部材であって、片状黒鉛鋳鉄が、質量％で、Ｃ：２．８５％以上３．３５％以下、Ｓｉ：１．９５％以上２．５５％以下、Ｍｎ：０．４５％以上０．８％以下、Ｐ：０．０３％以上０．２５％以下、Ｓ：０．１５％以下、Ｃｒ：０．１５％以上０．５５％以下、Ｍｏ：０．１５％以上０．６５％以下、Ｎｉ：０．１５％以上０．６５％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。【０００９】
第二の本発明の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材は、片状黒鉛鋳鉄製の円筒部材であって、片状黒鉛鋳鉄が、質量％で、Ｃ：２．８５％以上３．３５％以下、Ｓｉ：１．９５％以上２．５５％以下、Ｍｎ：０．４５％以上０．８％以下、Ｐ：０．０３％以上０．２５％以下、Ｓ：０．１５％以下、Ｃｒ：０．１５％以上０．５５％以下、Ｍｏ：０．１５％以上０．６５％以下、Ｎｉ：０．１５％以上０．６５％以下、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＮｉおよびＦｅ以外のその他の元素：０％を超え０．６％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。【００１０】
第二の本発明の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材の一実施形態は、その他の元素がＣｕであり、質量％で、Ｃｕ：０．０５％以上０．５５％以下を含むことが好ましい。【００１１】
第一および第二の本発明の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材の他の実施形態は、片状黒鉛鋳鉄が、パーライトおよびベイナイトからなる群より選択される少なくとも１種の基地を含む組織を有することが好ましい。【００１２】
第一および第二の本発明の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材の他の実施形態は、片状黒鉛鋳鉄のＭｏの含有量が、質量％で、０．２０％以上０．５５％以下であることが好ましい。【００１３】
第一および第二の本発明の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材の他の実施形態は、質量％で、ｉ）片状黒鉛鋳鉄のＭｏの含有量が０．３０％以上０．５５％以下、かつ、ｉｉ）片状黒鉛鋳鉄のＭｏおよびＮｉの合計含有量が０．６０％以上１．１５％以下であることが好ましい。【００１４】
第一および第二の本発明の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材の他の実施形態は、円筒部材の肉厚が３．５ｍｍ以下であることが好ましい。【００１５】
第一および第二の本発明の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材の他の実施形態は、片状黒鉛鋳鉄の硬さが１０２ＨＲＢ以上１１２ＨＲＢ以下であり、引張強度が３００ＭＰａ以上であり、かつ、ヤング率が１１０ＧＰａ以上であることが好ましい。【００１６】
第一および第二の本発明の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材の他の実施形態は、片状黒鉛鋳鉄が炭化物を含み、かつ、円筒部材の径方向に対して、０．２ｍｍ以上連続する連続領域内において、炭化物の面積率が０．９％以上５．０％以下であることが好ましい。【００１７】
第一および第二の本発明の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材の他の実施形態は、連続領域の円筒部材の径方向に対する長さが、２．７ｍｍ以下であることが好ましい。【００１８】
第一および第二の本発明の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材の他の実施形態は、円筒部材の内周面および外周面から選択されるいずれか一方の面が、円筒部材の径方向に対して連続領域の一方側の端部に形成されていることが好ましい。【００１９】
第一および第二の本発明の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材の他の実施形態は、内周面が、円筒部材の径方向に対して連続領域の最内周側に形成され、かつ、内周面をピストン及びピストンリングが往復摺動する内燃機関用シリンダライナであることが好ましい。【００２０】
第一および第二の本発明の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材の他の実施形態は、内周面が、円筒部材の径方向に対して連続領域の最内周側に形成され、かつ、内周面でブレーキシューと摺動する内接式ドラムブレーキのブレーキドラムであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、優れた機械的強度を有しつつも実用的な加工性も有し、さらに耐摩耗性および耐焼付き性に優れた片状黒鉛鋳鉄製円筒部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第一および第二の本発明の片状黒鉛鋳鉄製円筒状部材に用いる片状黒鉛鋳鉄のＭｏおよびＮｉの含有量と、基地組織との関係を示すグラフである。
【図２】第一および第二の本発明の片状黒鉛鋳鉄製円筒状部材をシリンダライナとして用いた場合の一例を示す模式図である。ここで、図２（Ａ）は、本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材からなるシリンダライナを備えた内燃機関の一例を示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、内燃機関の製造に用いられる前の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材からなるシリンダライナの一例を示す斜視図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）中の符号ＩＩＣ−ＩＩＣ間の断面構造の一例を示す拡大断面図である。
【図３】第一および第二の本発明の片状黒鉛鋳鉄製円筒状部材を内接式ドラムブレーキのブレーキドラムとして用いた場合の一例を示す模式図である。
【図４】実施例１１の金属顕微鏡写真（倍率：４００倍）の一例である。
【図５】実施例１１の炭化物面積率の判定に用いたグレースケール化後の画像（倍率：４００倍）の一例である。
【図６】引張強度およびヤング率の測定に用いた棒状試験片の側面図である。
【図７】耐焼付き性および耐摩耗性の評価に用いたリングオンプレート式往復動摩擦試験機の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
第一の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材は、片状黒鉛鋳鉄製の円筒部材であって、片状黒鉛鋳鉄が、質量％で、Ｃ：２．８５％以上３．３５％以下、Ｓｉ：１．９５％以上２．５５％以下、Ｍｎ：０．４５％以上０．８％以下、Ｐ：０．０３％以上０．２５％以下、Ｓ：０．１５％以下、Ｃｒ：０．１５％以上０．５５％以下、Ｍｏ：０．１５％以上０．６５％以下、Ｎｉ：０．１５％以上０．６５％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。このような組成を有する片状黒鉛鋳鉄を用いた第一の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材は、優れた機械的強度を有しつつも実用的な加工性も有し、さらに耐摩耗性および耐焼付き性に優れる。
【００２４】
以下に、第一の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材および後述する第二の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材に用いる片状黒鉛鋳鉄（以下、単に「鋳鉄」と略す場合がある）の組成および組織について詳述する。なお、以下の説明において、第一の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材および後述する第二の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材の双方に共通する事項について言及する場合は、単に本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材あるいは円筒部材と称す。また、％表記で示す各元素の含有量は特に説明が無い限り質量％を意味する。
【００２５】
Ｃは、基地組織としてパーライトの生成を促進し、鋳鉄の強度を増加させ、片状黒鉛を形成して自己潤滑性を向上させる作用を持つ元素である。また、Ｃは、炭化物を析出させることにより耐摩耗性および耐焼き付き性を向上させる。このような効果を得るためには、Ｃの含有量は２．８５％以上であることが必要である。一方、Ｃの含有量が多すぎると、黒鉛の晶出が増大して、十分な引張強度が得られなくなる。このため、Ｃの含有量は３．３５％以下であることが必要である。なお、Ｃの含有量は２．９０％以上３．２０％以下が好ましい。
【００２６】
Ｓｉは、鋳鉄中において黒鉛の晶出に寄与する元素である。適度な量の黒鉛を晶出させるために、Ｓｉの含有量は１．９５％以上であることが必要である。一方、Ｓｉの含有量が多すぎると、フェライトを析出しやすく強度が低下し、十分な引張強度が得られなくなる。このため、Ｓｉの含有量は２．５５％以下であることが必要である。なお、Ｓｉの含有量は、２．００％以上２．４５％以下が好ましい。
【００２７】
Ｍｎは、黒鉛を微細化するとともに、基地組織としてパーライトが生成した場合に、パーライトを安定化する作用を有する元素である。また、溶銑中において、ＭｎはＳと化合してＭｎＳを生成することで、片状黒鉛鋳鉄の切削性を向上させる。このような効果を得るために、Ｍｎの含有量は０．４５％以上であることが必要である。一方、Ｍｎの含有量が多すぎる場合、黒鉛晶出が妨害されて摩擦特性が低下する。このため、Ｍｎの含有量は、０．８％以下であることが必要である。
【００２８】
Ｐは、鋳鉄の硬さを増加させるとともに、ステダイト（Ｆｅ３ＰとＦｅ３ＣとＦｅとの三元共晶組織）を析出し、耐摩耗性に寄与する元素である。なお、Ｐの含有量が多すぎる場合、粗大なステダイト相を形成し、相手部材への攻撃性が増加するとともに、靭性および加工性の低下を招く。それゆえ、Ｐの含有量は０．２５％以下であることが必要である。一方、Ｐの含有量の下限値は、特に限定されないが、意図的にＰを添加しない場合でも鋳鉄中にはＰは不可避的不純物として少なくとも０．０３％程度は含まれる。したがって、Ｐの含有量は０．０３％以上であればよい。また、Ｐの含有量は、０．０５％以上０．２０％以下が好ましい。
【００２９】
Ｓは、溶銑中において、Ｍｎと結合してＭｎＳを形成することで、鋳鉄の切削性向上に寄与する元素である。Ｓの含有量が多すぎる場合は、鋳鉄を脆くし、所望の強度を確保できなくなる。それゆえ、Ｓの含有量は０．１５％以下であることが必要である。一方、Ｓの含有量の下限値は、特に限定されないが、意図的にＳを添加しない場合でも鋳鉄中にＳは不可避的不純物として少なくとも０．０３％程度は含まれる。なお、Ｓの含有量は０．０３％以上０．１０％以下が好ましい。
【００３０】
Ｃｒは、基地を緻密にして基地を強化し、鋳鉄の強度および硬さを増加させる元素であり、耐酸化性の向上に効果がある。このような効果を得るためには、Ｃｒの含有量は０．１５％ 以上であることが必要である。一方、Ｃｒの含有量が多すぎると、靭性、加工性の低下を招く。このため、Ｃｒの含有量は０．５５％以下であることが必要である。なお、Ｃｒの含有量は、０．２５％以上０．５５％以下が好ましい。
【００３１】
Ｍｏは、基地中に固溶して基地を強化し、鋳鉄の硬さ、特に引張強度を増加させる。また、Ｍｏは、パーライトが生成した場合においてこのパーライトを微細化し、鋳物である円筒部材の肉厚感度を減少し外周部と内周部とにおける機械的性質をより小さくして均質化する作用がある。また、Ｍｏは、炭化物の析出を促進し、この炭化物が耐焼付き性を向上させる作用を有する。このような効果を得るためには、Ｍｏの含有量は０．１５％以上であることが必要である。一方、Ｍｏの含有量が多すぎると、靭性が低下すると共に、硬くなり過ぎることで加工性も低下する。このため、Ｍｏの含有量は０．６５％以下であることが必要である。なお、Ｍｏの含有量は、耐焼付き性の観点からは０．２０％以上０．６５％以下が好ましく、加工性の観点からは０．１５％以上０．５５％以下が好ましい。また、耐焼付き性および加工性の観点からは０．２０％以上０．５５％以下がより好ましく、更に引張強さ向上の観点を鑑みると、０．３０％以上０．５５％以下が最も好ましい。
【００３２】
Ｎｉは、基地を緻密にして基地を強化し、黒鉛化を促進する元素である。また、Ｎｉは、黒鉛を微細均一化することにより、鋳物である円筒部材の肉厚感度を減少し外周部と内周部とにおける機械的性質をより小さくして均質化する作用がある。また、Ｎｉには、ヤング率を向上させる作用もある。このような効果を得るためには、Ｎｉの含有量は０．１５％以上であることが好ましい。一方、Ｎｉの含有量が多すぎる場合、Ｎｉの含有量の増加に伴い上記の効果が飽和するため、Ｎｉの含有量は０．６５％以下とされる。なお、ヤング率向上の観点からは、Ｎｉの含有量は０．２５％以上０．６５％以下が好ましい。
【００３３】
なお、ＭｏおよびＮｉに関しては、ＭｏおよびＮｉの合計含有量が０．３％以上１．３０％以下であることが好ましい。ＭｏおよびＮｉの合計含有量を上記範囲内とすることにより、引張強さおよびヤング率を向上させると共に耐摩耗性および耐焼付き性も同時に確保することが極めて容易になる。さらに、引張強さおよびヤング率を向上させると共に加工性も同時に確保するため、ｉ）Ｍｏの含有量が０．３０％以上０．５５％以下、かつ、ｉｉ）ＭｏおよびＮｉの合計含有量が０．６０％以上１．１５％以下であることがより好ましい。
【００３４】
また、上述したＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ以外の残部はＦｅおよび不可避的不純物である。
【００３５】
一方、片状黒鉛鋳鉄の組織は、パーライトおよびベイナイトからなる群より選択される少なくとも１種の基地を含むことが好ましい。また、片状黒鉛鋳鉄の組織には、通常、黒鉛や炭化物も含まれる。片状黒鉛鋳鉄の組織は、組成を上記範囲内で調整するなどによって適宜制御することができる。
【００３６】
また、基地には、パーライトおよびベイナイトからなる群より選択される少なくとも１種が含まれると共に、これら以外の相がさらに多少含まれていてもよい。なお、その他の相としては、たとえばフェライトなどが挙げられる。基地としてフェライトが含まれる場合、フェライトの占める面積率は５％以下が好ましい。また、基地にはチル化した相（セメンタイトである相）が含まれないことが好ましい。パーライトおよびベイナイトからなる群のうちでは、（Ｉ）パーライトのみが含まれていてもよく、（ＩＩ）パーライトおよびベイナイトの両方が含まれていてもよく、（ＩＩＩ）ベイナイトのみが含まれていてもよい。
【００３７】
基地を、基地組織（Ｉ）〜基地組織（ＩＩＩ）のいずれとするかは、たとえば、図１に示すようにＭｏおよびＮｉの含有量により制御することができる。図１は、ＭｏおよびＮｉの含有量と、基地組織との関係を示すグラフであり、図中、横軸がＭｏの含有量（％）を示し、縦軸がＮｉの含有量（％）を示す。図１に示すように、Ｍｏの含有量が約０．２５±０．０５％前後の範囲を境（第一境界エリアＢ１）にして、Ｍｏの含有量が少ない領域（第一領域Ｉ）では基地を基地組織（Ｉ）とすることが容易となり、逆に、Ｍｏの含有量が多い領域（第二領域ＩＩ）では基地を基地組織（ＩＩ）とすることが容易となる。      
【００３８】
また、第一境界エリアＢ１よりもＭｏの含有量が多い領域においては、Ｍｏの含有量が０．４０％以上においてＮｉの含有量が０．３０±０．０５％前後の範囲、かつ、Ｎｉの含有量が０．３５％以下においてＭｏの含有量が約０．４５±０．０５％前後の範囲を境（第二境界エリアＢ２）にして、Ｍｏの含有量が少ない、あるいは、Ｎｉの含有量が多い領域（第二領域ＩＩ）では基地を基地組織（ＩＩ）とすることが容易となり、逆に、Ｍｏの含有量が多く、かつ、Ｎｉの含有量が少ない領域（第三領域ＩＩＩ）では基地を基地組織（ＩＩＩ）とすることが容易となる。
【００３９】
基地中には、微細な片状黒鉛が分散している。黒鉛のサイズは特に限定されるものでは無いが、たとえば、４から８（ＩＳＯ  ９４５−１：２００８）程度である。また、黒鉛の面積率は特に限定されるものではないが、通常、６．０％以上１７．０％以下程度であり、８．０％以上１５．０％以下が好ましい。なお、黒鉛の面積率は、Ｍｏの含有量によって制御できる。片状黒鉛鋳鉄において，Ｍｏを含有しない組成では、Ｃ成分は炭化物を形成せずに、黒鉛として晶出したり、あるいは、基地に固溶する傾向にあるが、Ｍｏを含有する組成では、Ｃ成分は、ＭｏおよびＰを含む炭化物を形成するため、黒鉛としての晶出が減少するためである。
【００４０】
また、片状黒鉛鋳鉄には上述したように炭化物が含まれる。炭化物は、本実施形態の円筒部材と相手材とを摺動させた際に、一次摺動面を形成するため、仮に基地が微細化した黒鉛組織であっても摺動特性が劣化するのを抑制することができる。ここで、円筒部材の径方向（肉厚方向）に対して０．２ｍｍ以上連続する連続領域内において、炭化物の面積率が０．９％以上５．０％以下であることが耐摩耗性および耐焼付き性の観点から好ましい。炭化物の面積率を、０．９％以上とすることにより、相手材と接触摺動する摺動面として耐摩耗性および耐焼付き性を向上させることが極めて容易となる。一方、炭化物の面積率が大きすぎる場合は、鋳鉄の加工性が低下する。このため、炭化物の面積率は、５．０％以下であることが好ましい。なお、連続領域内における炭化物の面積率は、耐摩耗性および耐焼付き性の観点からは１．５％以上５．０％以下が好ましく、加工性の観点からは、０．９％以上４．２％以下が好ましく、耐摩耗性、耐焼付き性および加工性の観点からは  １．５％以上４．２％以下がより好ましい。また、本実施形態の円筒部材において、炭化物の面積率は、径方向（肉厚方向）において外周側から内周側へと向かうに従い増加する。従って、連続領域の径方向（肉厚方向）長さは、円筒部材の最大肉厚を超えない範囲で適宜選択でき、径方向長さの上限値は特に限定されるものではないが、実用上２．７ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００４１】
なお、本実施形態の円筒部材は円筒状金型を使用した遠心鋳造により製造される。このため、鋳造直後の円筒部材の外周面および内周面は、鋳肌面からなる。したがって、鋳肌面からなる内周面あるいは外周面を切削加工等により加工処理することで、加工処理後の内周面および外周面から選択されるいずれか一方の面を、円筒部材の径方向に対して連続領域の一方側の端部に形成することが好ましい。連続領域の一方側の端部に形成された加工処理後の内周面あるいは外周面を、相手部材と摺動する摺動面として利用すれば、より優れた耐摩耗性および耐焼付き性を得ることができる。なお、「連続領域の一方側の端部」とは、内周面（鋳肌面）を加工処理する場合は連続領域の最内周側を意味し、外周面（鋳肌面）を加工処理する場合は連続領域の最外周側を意味する。
【００４２】
また、鋳肌面からなる内周面を切削加工等により加工処理した後の内周面が、円筒部材の径方向に対して連続領域の最内周側に形成されている場合、本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材は、当該内周面を摺動面として相手部材と摺動させる部材として利用できる。具体的な用途を例示すれば、本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材は、当該内周面をピストン及びピストンリングが往復摺動する内燃機関用シリンダライナ、あるいは、当該内周面でブレーキシューと摺動する内接式ドラムブレーキのブレーキドラムであることが特に好ましい。
【００４３】
さらに、連続領域の最内周側に内周面（摺動面）を形成した場合、鋳肌面からなる外周面も、必要に応じて切削加工等することで、新たな外周面（加工処理面）を形成してもよい。たとえば、特許第５８１５２６２号のように、円筒部材がシリンダブロックに鋳ぐるまれて一体成形される場合、円筒部材とシリンダブロックとの結合強度を大きくする目的で、円筒部材の外周面を複雑な形状に切削加工する。外周面が複雑な形状の場合の円筒形状の肉厚は外周面の最深の凹み部を基準とする肉厚を意味する。この場合、新たな外周面は、連続領域の最外周側を形成する面であってもよく、連続領域の最外周側よりもさらに外側の領域に形成された面であってもよい。
【００４４】
また、連続領域の最内周側に内周面（摺動面）を形成した場合、この内周面（摺動面）と鋳肌面からなる外周面とを有する円筒部材を、そのまま内燃機関用シリンダライナやブレーキドラムなどの各用途に応じた部材として使用してもよい。たとえば、鋳肌面からなる外周面に、円筒部材の外周側を覆うように設けられる部材（外周側部材）との接合強度を向上させるために、鋳肌面の表面粗さを大きくする場合または複数の突起が設けられている場合など、内周面（摺動面）と鋳肌面からなる外周面とを有する円筒部材を、そのまま各用途に応じた部材として使用することが好ましい。なお、鋳肌面の表面粗さを大きくする場合としては、たとえば、特許第３２５３６０５号、外周面に複数の突起が設けられる場合としては、たとえば、特許第４２１０４６８号、特許第４４２９０２５号などを挙げることができる。外周面が鋳肌面で、表面粗さが大きい場合の円筒形状の肉厚は表面粗さの谷部を基準とする肉厚を、また、突起が設けられている場合の円筒形状の肉厚は突起のない外周基底面を基準とする肉厚を意味する。
【００４５】
連続領域の最内周側に内周面（摺動面）を形成した場合、あるいは、連続領域の最外周側に外周面（摺動面）を形成した後における連続領域の径方向（肉厚方向）における長さも、０．２ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、摺動面として機能する内周面あるいは外周面において、より優れた耐摩耗性および耐焼付き性を得ることが容易になる。なお、連続領域の径方向長さは、０．２ｍｍ以上あれば、各用途別の部材として完成した状態の円筒部材の最大肉厚を超えない範囲で本実施形態の円筒部材の用途に応じて適宜選択でき、肉厚の増加に応じてたとえば、０．７ｍｍ以上とすることがより好ましく、１．４ｍｍ以上とすることがさらに好ましい。なお、径方向長さの上限値は特に限定されるものではないが、実用上は２．７ｍｍ以下とすることが好ましい。なお、切削加工等により新たに形成された内周面（摺動面）あるいは外周面（摺動面）に対して、レーザ焼き入れなどの表面改質処理も施されている場合、連続領域の径方向（肉厚方向）における長さは、表面改質処理が実施される前の状態を基準として測定される長さを意味する。
【００４６】
なお、鋳肌面からなる内周面および外周面の切削加工は１回のみでもよく、２回以上に分けて実施してもよい。また、鋳肌面からなる内周面および外周面を有する鋳造直後の円筒部材において肉厚を基準（１００％）とした場合の連続領域の径方向（肉厚方向）長さは、３４％以上が好ましく、４９％以上がさらに好ましい。
【００４７】
本実施形態の円筒部材では、遠心鋳造後に、鋳巣を除去する目的で少なくとも内周面（鋳肌面）が切削加工される。この目的での切削加工の取り代は、たとえば、１．５ｍｍ〜３．５ｍｍに設定できる。また、外周面（鋳肌面）に対しても切削加工が施されることになる遠心鋳造直後の円筒部材の肉厚は、外周面（鋳肌面）に対して切削加工が施されない遠心鋳造直後の円筒部材の肉厚に対して、外周面（鋳肌面）の切削加工に要する取り代分だけより厚く設定される。この目的での切削加工の取り代は、たとえば、１．５ｍｍ〜３．５ｍｍに設定できる。
【００４８】
本実施形態の円筒部材を、鋳肌面からなる外周面を有するシリンダライナとして用いる場合、円筒状金型を使用した遠心鋳造直後の円筒部材の外周面（鋳肌面）を基準位置（０ｍｍ）として、円筒部材の径方向（肉厚方向）に対して、（ｉ）０．８ｍｍ〜１．２ｍｍの範囲を含むように連続領域が形成されていることが好ましく、（ｉｉ）０．８ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲を含むように連続領域が形成されていることがより好ましく、（ｉｉｉ）０．８ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲を含むように連続領域が形成されていることがより好ましく、（ｉｖ）０．８ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲を含むように連続領域が形成されていることがさらに好ましい。なお、外周面（鋳肌面）に平均高さが０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度の突起が形成されている場合は、突起の存在しない外周基底面を基準位置（０ｍｍ）とする。
【００４９】
ここで、円筒部材の内周面（鋳肌面）を切削加工等して、ピストンおよびピストン外周面に設けられた溝に装着されたピストンリングと接触摺動する新たな内周面（摺動面）を形成する場合、耐摩耗性および耐焼付き性に優れた摺動面を得るために、円筒部材の径方向（肉厚方向）に対して、（ｉ）に示すケースでは、１．０ｍｍ〜１．２ｍｍの範囲内に内周面（摺動面）を形成することが好ましく、（ｉｉ）に示すケースでは、１．０ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内に内周面（摺動面）を形成することが好ましく、（ｉｉｉ）に示すケースでは、１．０ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲内に内周面（摺動面）を形成することが好ましく、（ｉｖ）に示すケースでは、１．０ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲内に内周面（摺動面）を形成することが好ましい。
【００５０】
また、本実施形態の円筒部材をシリンダライナとして用いる場合のみならず、その他の様々な用途に用いる場合において、新たに形成された内周面（摺動面）あるいは外周面（摺動面）における炭化物の面積率は、耐摩耗性をより向上させる観点からは２．１％以上５％以下が好ましく、耐摩耗性および耐焼付き性の双方をより向上させる観点からは３．３％以上５％以下がより好ましい。
【００５１】
また、第二の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材は、片状黒鉛鋳鉄製の円筒部材であって、片状黒鉛鋳鉄が、質量％で、Ｃ：２．８５％以上３．３５％以下、Ｓｉ：１．９５％以上２．５５％以下、Ｍｎ：０．４５％以上０．８％以下、Ｐ：０．０３％以上０．２５％以下、Ｓ：０．１５％以下、Ｃｒ：０．１５％以上０．５５％以下、Ｍｏ：０．１５％以上０．６５％以下、Ｎｉ：０．１５％以上０．６５％以下、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＮｉおよびＦｅ以外のその他の元素（以下、「元素Ｘ」と称す）：０％を超え０．６％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。
【００５２】
第二の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材に用いられる片状黒鉛鋳鉄は、第一の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材に用いられる片状黒鉛鋳鉄の組成に対して、元素Ｘ：０％を超え０．６％以下がさらに含まれる以外は、第一の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材と同様の組成および組織を有するものである。第二の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材も、第一の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材と同様に、優れた機械的強度を有しつつも実用的な加工性も有し、さらに耐摩耗性および耐焼付き性に優れる。
【００５３】
元素Ｘは、第一の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材に用いられる片状黒鉛鋳鉄の諸特性のうち、特定の特性をさらに改善・向上させることを目的として添加される元素である。そして、元素Ｘとして、いずれの元素を用いるかは、改善・向上の目的となる特定の特性に応じて適宜選択することができる。特定の特性を改善・向上させるために元素Ｘの含有量は０％を超えることが必要である。一方、元素Ｘの含有量が多すぎる場合、第一の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材と同程度以上の機械的強度、加工性、耐摩耗性および耐焼付き性が得られ難くなる。このため、元素Ｘの含有量は０．６％以下であることが必要である。元素Ｘの含有量は、０．０３％以上０．５５％以下が好ましい。
【００５４】
元素Ｘとしては、１種類の元素のみを用いてもよく、２種類以上の元素を用いてもよい。元素Ｘとして２種類以上の元素を用いる場合、各々の元素の含有量は、元素Ｘとして用いる各々の元素の合計含有量が０.０３％以上０．６％以下となる範囲内で適宜選択することができる。元素Ｘとしては、たとえば、Ｃｕ、Ｂ、Ｔｉ，Ｖ、Ｎｂなどを用いることが好適である。
【００５５】
Ｃｕは、基地中に固溶して基地を強化し、パーライトの安定化に効果的な元素である。また、Ｃｕは、鋳鉄の硬さを増加させるとともに、白銑化を阻止し、耐食性及び耐衝撃性を向上させる。このような効果を得るためには、Ｃｕの含有量は０．０５％以上であることが好ましい。一方、Ｃｕの含有量の上限は０．６％以下であればよいが、材料コストが高騰するのを抑制するために、実用上は０．５５％以下が好ましい。
【００５６】
Ｂは、炭化物を析出し、耐摩耗性、耐焼付き性を向上させる元素である。このような効果を得るためには、Ｂの含有量は、０．０３％以上０．１５％以下であれば十分である。Ｔｉは炭化物を析出させ、また黒鉛化を促進する元素で有り、黒鉛を微細化、均一に分散させる作用を有する。このような効果を得るためには、Ｔｉの含有量は０．０３％以上０．２０％以下が好ましい。Ｖは、炭化物を析出させる一方で、黒鉛の折出を抑制し、また、黒鉛を微細化、均一に分散する作用を有する。このような効果を得るためには、Ｖの含有量は、０．０５％以上０．４０％以下が好ましい。Ｎｂは、炭化物を析出させる作用を有する。このような効果を得るためには、Ｎｂの含有量は０．０５％以上０．５０％以下であることが好ましい。
【００５７】
本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材は、公知の鋳物の製造方法を利用して適宜製造することができる。たとえば、電気炉等を用いて溶湯を溶製し、円筒状金型を使用した遠心鋳造を行うことで、所定の寸法形状を有する本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材を作製することができる。
【００５８】
以上に説明したように、本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材は、優れた機械的特性を有する片状黒鉛鋳鉄を用いるため、その肉厚を薄くして、軽量化を図ることも容易である。ここで、円筒部材の肉厚Ｔ２としては、本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材の用途に応じて適宜選択することができるが、３．５ｍｍ以下が好ましく、１．５ｍｍ以下がより好ましい。なお、肉厚Ｔ２の下限値としては実用上１．０ｍｍ以上が好ましい。なお、上記肉厚Ｔ２は、本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材が、少なくとも最終製品に用いられた状態において達成されていればよい。たとえば、図２（Ａ）に例示するように本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材が内燃機関１０に用いられるシリンダライナ２０である場合、シリンダライナ２０Ａ（２０）がシリンダブロック２４に鋳ぐるまれた状態など、内燃機関が完成した状態（最終製品に用いられた状態）において上述した肉厚Ｔ２が実現できていればよい。
【００５９】
また、図２（Ｂ）に示すシリンダブロック２４に鋳ぐるまれる前のシリンダライナ２０Ｂ（２０）単独の状態では、肉厚Ｔ１は、最終製品の所定の断面組織、最低肉厚等を確保できるように、肉厚Ｔ２に対して加工取り代αを加算した値であり、たとえば、３．５ｍｍよりも厚くてもよく、さらに、５．５ｍｍ以上でもよい。ここで、図２（Ａ）は内燃機関１０の外観を示す斜視図であるが、図２（Ａ）中に示すシリンダライナ２０のうちシリンダブロック２４に覆われて、本来、外部からは見えなくなっている部分については、点線で示してある。なお、図２に例示したようなシリンダライナ２０の一般的な寸法形状は、外径：５０ｍｍ以上１８０ｍｍ以下程度、長さ：７０ｍｍ以上２７０ｍｍ以下程度である。
【００６０】
本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材に用いる片状黒鉛鋳鉄の硬さ、引張強さ、ヤング率は特に限定されるものでは無いが、硬さについては１０２ＨＲＢ以上１１２ＨＲＢ以下が好ましく、引張強さは３００ＭＰａ以上が好ましく、ヤング率が１１０ＧＰａ以上であることが好ましく、これら３つの数値範囲を同時に満たすことがより好ましい。
【００６１】
なお、引張強さは３３０ＭＰａ以上、より好ましくは３５０ＭＰａ以上、ヤング率は１２０ＧＰａ以上が好ましい。                
【００６２】
本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材の用途としては、特に限定されないが、内周面をピストン及びピストンリングが往復摺動する内燃機関に用いるシリンダライナとして用いることが特に好適である。
【００６３】
シリンダライナは、内燃機関に用いられ、鋳鉄製のシリンダブロックに嵌合されるドライ式シリンダライナあるいはアルミニウム合金製シリンダブロックに鋳ぐるまれるシリンダライナなどとして利用される。そして、ピストンおよびピストンの外周面に設けられた溝に装着されたピストンリングが、シリンダライナの内周面を摺動する。このため、シリンダライナには優れた耐摩耗性および耐焼付き性が要求される。また、近年では、特に自動車の燃費改善を目的としてシリンダブロックを軽量化するために、シリンダボア間のピッチも小さくなりつつある。このため、燃焼時のシリンダボア内壁面の温度を低下させる冷却方法が課題となっている。これに対して、図２（Ａ）に例示したように、内燃機関１０に組み込まれた状態のシリンダライナ２０Ａの肉厚Ｔ２をより薄くすることができれば、互いに隣り合う２つシリンダボア２２間（より正確には２つのシリンダライナ２０Ａの外周面間）に設けられる冷却液用流路２６の流路断面積をより大きくすることができる。この場合、シリンダボア２２の冷却効率をより高めることが容易である。
【００６４】
一方、本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材は、耐摩耗性および耐焼付き性に優れる上に、優れた機械的強度を有しているため、シリンダライナ２０Ａの肉厚Ｔ２を薄くすることも極めて容易である。したがって、本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材は、上述したニーズにも十分に対応できる。
【００６５】
また、肉厚Ｔ２を薄くすることで、結果的に、シリンダライナ２０Ａの大幅な重量軽減や体積減少も容易になる。たとえば、肉厚Ｔ２：２．２ｍｍ、外径：８５ｍｍ、内径：８０．６ｍｍ、軸方向長さ１３６ｍｍと仮定した場合において、肉厚Ｔ２を１．５ｍｍにすれば、体積が７７．８ｃｍ３から５３．５ｃｍ３へと３１％減少し、重量では５６４．１ｇから３８７．９ｇへと１７６．２ｇ減少する。ここで、重量計算は、片状黒鉛鋳鉄の比重を７．２５ｇ／ｃｍ３として実施した。
【００６６】
また、本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材は、内周面でブレーキシューと摺動する内接式ドラムブレーキのブレーキドラムとして用いることも好適である。図３は、本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材をブレーキドラムとして用いた内接式ドラムブレーキの一例を示す模式断面図であり、ホイールの回転軸を含む面でホイールを切断した場合の断面図について示している。図３に例示したように、中心線Ｌを回転軸とするホイール３０の一部を成す略円筒状のドラム部３２の内周面３２Ｓには、ブレーキドラム３４（本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材）が鋳包みにより装着されている。また、ブレーキドラム３４の内周面３４Ｓ側にはブレーキシュー３６が配置されている。そして制動時には、ブレーキシュー３６が、ブレーキドラム３４の内周面３４Ｓと接触して摺動する。
【００６７】
なお、内接式ドラムブレーキのブレーキドラムには耐摩耗性、耐焼付き性および熱伝達性が求められる。これに対して、本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材は、耐摩耗性および耐焼付き性に優れる上に、機械的強度が優れるために、ブレーキドラム３４の肉厚を薄くすることも可能である。そして、ブレーキドラム３４の薄肉化は、結果的に、熱伝達性を向上させることもできる。
【実施例】
【００６８】
以下に本発明の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材について実施例を挙げて説明するが、本発明は以下に示す実施例にのみ限定されるものでは無い。【００６９】
１．円筒部材の製造
遠心鋳造により円筒部材（外径：８５ｍｍ、内径：７４ｍｍ（肉厚５．５ｍｍ）、軸方向長さ：１３６ｍｍ）を作製した。なお、遠心鋳造に際しては、円筒状金型の内周面に厚さ１ｍｍの塗型材を塗布した後に、溶湯を流し込んで円筒部材を形成した。また、円筒状金型から取り出した円筒部材の外周面（鋳肌面）に付着した塗型材は、ショットブラストにより除去した。このようにして得られた円筒部材の外周面の表面粗さは、最大高さＲｙで１６０μｍであった。【００７０】
２．各種評価用試験片の準備
各実施例および各比較例の円筒部材の周方向に対して０度、９０度、１８０度および２７０度の位置から、合計４本の棒状部材（長さａ：１３６ｍｍ、幅ｂ：１５ｍｍ、厚さｃ：５．５ｍｍ）を切り出すと同時に、円筒部材を周方向に対して４つに分割することで、４本の円弧柱状部材を得た。なお、円筒部材から切り出して得た部材あるいは試験片の長さａ，幅ｂ，厚さｃは、それぞれ、円筒部材の軸方向長さ、周方向長さ、径方向（肉厚方向）長さに対応している。【００７１】
次に、各々の棒状部材の長手方向の中央部から第一試験片（長さａ：２５ｍｍ、幅ｂ：１５ｍｍ、厚さｃ：５．５ｍｍ）を切り出した。また、棒状部材の長手方向の中央部の両側から、２つの部材（長さａ：４０ｍｍ、幅ｂ：１５ｍｍ、厚さｃ：５．５ｍｍ）を切り出し、これら２つの部材を１組とする組成分析用の第二試験片とした。これにより１本の円筒部材から４本の第一試験片と４組の第二試験片とを準備した。【００７２】
また、各々の円弧柱状部材から引張強度試験用の第三試験片（概略形状：長さａ：１２０ｍｍ、外径４ｍｍ）、ヤング率試験用の第四試験片（概略形状：長さａ：１２０ｍｍ、外径４ｍｍ）、耐焼付き試験用の第五試験片（長さａ：７０ｍｍ、幅ｂ：１０ｍｍ、厚さｃ：５．５ｍｍ）、および耐摩耗性試験用の第六試験片（長さａ：７０ｍｍ、幅ｂ：１０ｍｍ、厚さｃ：５．５ｍｍ）を切り出した。これにより１本の円筒部材から各々４本の第三試験片〜第六試験片を準備した。なお、第三試験片および第四試験片の詳細形状については後述する。【００７３】
３．円筒部材の各種評価
表１に示す各実施例および各比較例の円筒部材について、組成、黒鉛面積率、炭化物面積率、基地組織、硬さ、引張強度、ヤング率、耐焼付き性、耐摩耗性、および加工性について評価した。結果を表１〜表５に示す。なお、表１〜表５に示す比較例１の円筒部材に用いられている片状黒鉛鋳鉄は、市販の自動車の内燃機関に使用されているシリンダライナの構成材料と同様のものである。また、表１〜表５中の各種評価項目の評価方法の詳細は以下の通りである。【００７４】
（１）組成
表１に得られた円筒部材の組成をＪＩＳ  ２６１１−１９７７に基づき光電測光式発光分光分析法（Photoelectric Emission Spectrochemical Analysis）（島津製作所製、ＰＤＡ−７０２０）により分析した結果を示す。なお、組成分析は、第二試験片を完全に溶解して所定の形状にした測定用サンプルを用いて実施した。また、表１に示す結果は４つの第二試験片の各々の測定値を平均した値である。【００７５】
（２）黒鉛面積率
各実施例および各比較例の第一試験片の切断断面（長さａ：２５ｍｍ、厚さｃ：５．５ｍｍ）を研磨した。続いて、研磨された面を、円筒部材の外周面側から０．８ｍｍ、１．５ｍｍ、２．２ｍｍおよび３．５ｍｍの位置について金属顕微鏡（倍率：４００倍）により写真撮影した。次に、得られた写真を二値化処理（グレースケール化）して画像解析することにより黒鉛面積率（％）を求めた。結果を表２に示す。なお、表２に示す黒鉛面積率（％）は、４つの第一試験片の測定値を平均した値である。【００７６】
なお、参考までに、図４に、実施例１１の金属顕微鏡写真（倍率：４００倍）を示す。図４に示すように片状黒鉛（図中の黒色の片状部分）が観察された。なお、同様の片状黒鉛は、他のすべての実施例および比較例においても観察された。【００７７】
（３）炭化物面積率
黒鉛面積率の測定に用いた第一試験片の研磨面（長さａ：２５ｍｍ、厚さｃ：５．５ｍｍ）を再度研磨し、腐食液（１０％ナイタール液）でエッチング処理した。続いて、エッチング処理された面を、円筒部材の外周面側から０．８ｍｍ、１．５ｍｍ、２．２ｍｍおよび３．５ｍｍの位置について金属顕微鏡（倍率：４００倍）により写真撮影した。次に、得られた写真を二値化処理（グレースケール化）して画像解析することにより炭化物面積率（％）を求めた。結果を表２に示す。なお、表２中に示す炭化物面積率（％）は、４つの第一試験片の測定値を平均した値である。【００７８】
なお、参考までに、図５に、実施例１１の炭化物面積率の判定に用いたグレースケール化後の画像（倍率：４００倍）を示す。図５に示すように白い部分が炭化物である。なお、同様の炭化物は、他のすべての実施例および比較例においても観察された。【００７９】
（４）基地組織
炭化物面積率の測定に用いた第一試験片のエッチング面（長さａ：２５ｍｍ、厚さｃ：５．５ｍｍ）を再度研磨し、腐食液（３％ピクラール液）でエッチング処理後、円筒部材の外周面側から０．８ｍｍ、１．５ｍｍ、２．２ｍｍおよび３．５ｍｍの位置について、パーライトおよびベイナイトのうちのいずれが含まれているのかを金属顕微鏡により目視で判定した。結果を表２に示す。なお、表２中、「Ｐ」は、パーライトが観察されたことを意味し、「Ｂ」は、ベイナイトが観察されたことを意味し、「Ｐ＋Ｂ」は、パーライトおよびベイナイトの双方が観察されたことを意味する。【００８０】
なお、図４に例示した金属顕微鏡写真に示すように、金属顕微鏡観察に際して、ベイナイトは白い部分として観察され、パーライトは灰色の部分として観察される。【００８１】
（５）硬さ
第一試験片の切断断面（長さａ：２５ｍｍ、厚さｃ：５．５ｍｍ）について、円筒部材の外周面側から２．０ｍｍの位置について硬さを測定した。ここで、硬さの測定方法は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４５に準拠して実施した。結果を表２に示す。なお、表３に示す硬さは、４つの第一試験片の測定値を平均した値である。【００８２】
（６）引張強度およびヤング率
引張強度およびヤング率の測定に用いた第三試験片および第四試験片として図６に示す棒状試験片４０を用いた。この棒状試験片４０は、長さＬ１が１２０ｍｍであり、軸方向Ｃの両端側部分４２の直径Ｄが４ｍｍの円柱状部分であり、軸方向Ｃの中央部分４４の直径ｄが３ｍｍの円柱状部分である。また、中央部分４４の表面は上仕上げ加工されており、中央部分４４の両端部分をＲ１５で面取り加工した面取り加工部４４Ｒを除いた中央部分４４の長さＬ２は４０ｍｍである。引張強度およびヤング率は、それぞれＪＩＳ  Ｚ  ２２４１およびＪＩＳ  Ｚ  ２２８０に準拠して測定した。具体的には、棒状試験片４０を引張試験機（島津製作所製、型式ＡＧ−５０００Ｅ）にセットして、引張速度０．３ｍｍ／ｍｉｎにて測定を実施した。結果を表２に示す。なお、表３に示す引張強度およびヤング率は、４つの試験片の測定値を平均した値である。【００８３】
なお、本試験では、軸方向長さが１３６ｍｍの円筒部材を用いたが、仮に、軸方向長さが１２０ｍｍ以下の円筒部材を用いる場合には、長さＬ１が５０ｍｍ、長さＬ２が２０ｍｍの棒状試験片４０を使用して引張強度およびヤング率を評価する。【００８４】
（７）耐焼付き性
耐焼付き性は、図７に示すリングオンプレート式往復動摩擦試験機を用いて評価した。また、１つの第五試験片から１つの下試験片５０を採取した。ここで、各下試験片５０につき、円筒部材の外周面側から、まず３．５ｍｍの位置について、次に２．２ｍｍの位置について、試験を実施した。【００８５】
ここで耐焼付き性の評価は、以下の手順で実施した。まず、平板形状の下試験片５０の表面５０Ｓに、スピンドル油を塗布した後、ピン形状の上試験片５２の半球状先端部５２Ｅをスプリングにより荷重Ｐで押し付ける。この状態で、下試験片５０を荷重Ｐの印加方向と直交する方向に往復動させた。そして、上試験片５２の半球状先端部５２Ｅと下試験片５０の表面５０Ｓとを摺動させつつ、一定時間が経過する毎に荷重Ｐを一定値づつ増加させ、下試験片５０の表面５０Ｓに焼き付き（スカッフ）が発生する荷重Ｐ（焼き付き荷重）を測定した。【００８６】
試験条件は以下の通りである。
（ａ）上試験片５２
・材質：ＪＩＳ  ＳＵＳ４２０Ｊ２材
・半球状先端部５２Ｅ表面（摺動面）のコーティング：硬質クロムメッキ
・半球状先端部５２Ｅ表面（摺動面）のコーティング後仕上げ加工：鏡面加工
・荷重Ｐの増加速度：開始１分間２０Ｎ、1分経過毎２０Ｎを増加
（ｂ）下試験片５０
・サンプル：第五試験片（長さａ：７０ｍｍ、幅ｂ：１０ｍｍ、厚さｃ：５．５ｍｍ）において、円筒部材の外周面および内周面に対応する面を切削・鏡面加工することで平板状にした部材
・表面５０Ｓ（摺動面）の仕上げ加工：鏡面加工（なお、試験は、外周面から３．５ｍｍの位置に表面５０Ｓ（摺動面）を形成して１回目の試験を実施後、再度加工して外周面から２．２ｍｍの位置に表面５０Ｓ（摺動面）を形成して２回目の試験を実施した。）
・移動速度：１分当たり１００往復
・一往復の移動距離：１００ｍｍ【００８７】
結果を表４に示す。ここで、表４に示す「焼付き荷重比」の計算に用いた焼付き荷重は、円筒部材の径方向の同一位置について、４つの試験片の測定値を平均した値である。なお、表４中に示す「焼付き荷重比」は、比較例１の焼付き荷重を基準値（１００）とした場合の焼付き荷重の相対値である。また、表４中に示す「耐焼付き性評価」の評価基準は以下の通りである。
−「耐焼付き性評価」の評価基準−
Ａ：焼付き荷重比が１５０以上。
Ｂ：焼付き荷重比が１２０以上１５０未満。
Ｃ：焼付き荷重比が１００以上１２０未満。【００８８】
（８）耐摩耗性 
耐摩耗性は、図７に示すリングオンプレート式往復動摩擦試験機を用いて評価した。
また、１つの第五試験片から１つの下試験片５０を採取した。ここで、各下試験片５０試験片につき、円筒部材の外周面側から、まず３．５ｍｍの位置について、次に２．２ｍｍの位置について、試験を実施した。ここで耐摩耗性の評価は、以下の手順で実施した。まず、平板形状の下試験片５０の表面５０Ｓに、ピン形状の上試験片５２の半球状先端部５２Ｅをスプリングにより荷重Ｐで押し付ける。この状態で、下試験片５０を荷重Ｐの印加方向と直交する方向に往復動させた。また、下試験片５０の表面５０Ｓと、上試験片５２の半球状先端部５２Ｅとの間には、試験中、チユービングポンプあるいはエアディスペンサーを用いてスピンドル油を滴下し続けた。そして、一定時間経過後に往復動を停止させて、下試験片５０の表面５０Ｓの摩耗深さを表面粗さ計により測定した。【００８９】
試験条件は以下の通りである。
（ａ）上試験片５２
・材質：ＪＩＳ  ＳＵＳ４２０Ｊ２材
・半球状先端部５２Ｅ表面（摺動面）のコーティング：ＣｒＮ膜（ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜）
・半球状先端部５２Ｅ表面（摺動面）のコーティング後仕上げ加工：鏡面加工
・荷重Ｐ：１００Ｎ
（ｂ）下試験片５０
・サンプル：第六試験片（長さａ：７０ｍｍ、幅ｂ：１０ｍｍ、厚さｃ：５．５ｍｍ）において、円筒部材の外周面および内周面に対応する面を切削・鏡面加工することで平板状にした部材
・表面５０Ｓ（摺動面）の仕上げ加工：鏡面加工（なお、試験は、外周面から３．５ｍｍの位置に表面５０Ｓ（摺動面）を形成して１回目の試験を実施後、再度加工して外周面から２．２ｍｍの位置に表面５０Ｓ（摺動面）を形成して２回目の試験を実施した。）
・移動速度：１分当たり６００往復
・一往復の移動距離：１００ｍｍ
（ｃ）試験時間：６０分【００９０】
結果を表４に示す。ここで、表４に示す「摩耗量比」の計算に用いた摩耗深さは、円筒部材の径方向の同一位置について、４つの試験片の測定値を平均した値である。なお、表４中に示す「摩耗量比」は、比較例１の摩耗量を基準値（１００）とした場合の摩耗量の相対値である。また、表４中に示す「耐摩耗性評価」の評価基準は以下の通りである。
−「耐摩耗性評価」の評価基準−
Ａ：摩耗量比が１０以下。
Ｂ：摩耗量比が１０を超え５０以下。
Ｃ：摩耗量比が５０を超え１００以下。【００９１】
（９）加工性
加工性は、以下の手順で評価した。評価には、各実施例および比較例について、各々４本の円筒部材を用い、以下の切削試験を４回実施した。まず、刃具が回転するマシニングセンタを用いて、各実施例および比較例の円筒部材の内周面（鋳肌面）を、肉厚が２．２ｍｍになるまで荒加工し、鋳巣を完全に除去した。次に、荒加工された内周面に対して新品の刃具（材種：ＣＢＮ、スローアウェイチップ、ノーズ半径Ｒ：０．８ｍｍ）を用いて肉厚が１．４ｍｍになるまで切削を行い、切削終了後の刃具のフランク面における最大摩耗幅を測定した。この時の切削条件は、切削長さ：１３６ｍｍ、切り込み：０．０５ｍｍ、切削送り：０．３５ｍｍ/ｒｅｖ、刃具回転数３０００ｒｐｍとし、切削液は十分に供給した。【００９２】
結果を表５に示す。ここで、表５に示す「刃具摩耗比」の計算に用いた最大摩耗幅は、４回の切削試験の測定値を平均した値である。なお、表５中、「刃具摩耗比」は、比較例４の最大摩耗幅を基準値（１００）とした場合の最大摩耗幅の相対値である。また、表５中の「加工性評価」の評価基準は以下の通りである。
−「加工性評価」の評価基準−
Ａ：刃具摩耗比が８０未満
Ｂ：刃具摩耗比が８０以上９０未満
Ｃ：刃具摩耗比が９０以上１００以下【００９３】
【表１】
2018042654.tif 000002
【００９４】
【表２】
2018042654.tif 000003
【００９５】
【表３】
2018042654.tif 000004
【００９６】
【表４】
2018042654.tif 000005
【００９７】
【表５】
2018042654.tif 000006
【００９８】
なお、実施例１〜２１の円筒部材を、鋳肌面からなる外周面を有するシリンダライナとして用いる場合、たとえば、遠心鋳造後の円筒部材の内周面（鋳肌面）のみを切削加工等することで、外周面（鋳肌面）からの距離が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内に新たな内周面（ピストン及びピストン外周面に設けられた溝に装着されたピストンリングと接触摺動する摺動面）を形成することができる。なお、内周面（鋳肌面）の切削加工に際しては、鋳巣を完全に除去する目的で、切削による取り代が２ｍｍに設定される。その後、さらに切削加工等を行うことで、外周面（鋳肌面）からの距離が上述した範囲内に内周面（鋳肌面）を形成することができる。この場合、新たな内周面（摺動面）における炭化物の面積率は、いずれの実施例においても０．９％以上５．０％以下の範囲内となる。
【符号の説明】
【００９９】
１０    ：内燃機関
２０、２０Ａ、２０Ｂ    ：シリンダライナ（片状黒鉛鋳鉄製円筒部材）
２２    ：シリンダボア
２４    ：シリンダブロック
２６    ：冷却液用流路
３０    ：ホイール
３２    ：ドラム部
３２Ｓ  ：内周面
３４    ：ブレーキドラム（片状黒鉛鋳鉄製円筒部材）
３４Ｓ  ：内周面
３６    ：ブレーキシュー
４０    ：棒状試験片
４２    ：両端側部分
４４    ：中央部分
４４Ｒ  ：面取り加工部
５０    ：下試験片
５０Ｓ  ：表面
５２    ：上試験片
５２Ｓ  ：半球状先端部
【図１】
2018042654.tif 000007
【図２】
2018042654.tif 000008
【図３】
2018042654.tif 000009
【図４】
2018042654.tif 000010
【図５】
2018042654.tif 000011
【図６】
2018042654.tif 000012
【図７】
2018042654.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月13日(2016.12.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
片状黒鉛鋳鉄製の円筒部材であって、
前記片状黒鉛鋳鉄が、
質量％で、Ｃ：２．８５％以上３．３５％以下、Ｓｉ：１．９５％以上２．５５％以下、Ｍｎ：０．４５％以上０．８％以下、Ｐ：０．０３％以上０．２５％以下、Ｓ：０．１５％以下、Ｃｒ：０．１５％以上０．５５％以下、Ｍｏ：０．１５％以上０．６５％以下、Ｎｉ：０．１５％以上０．６５％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項２】
片状黒鉛鋳鉄製の円筒部材であって、
前記片状黒鉛鋳鉄が、
質量％で、Ｃ：２．８５％以上３．３５％以下、Ｓｉ：１．９５％以上２．５５％以下、Ｍｎ：０．４５％以上０．８％以下、Ｐ：０．０３％以上０．２５％以下、Ｓ：０．１５％以下、Ｃｒ：０．１５％以上０．５５％以下、Ｍｏ：０．１５％以上０．６５％以下、Ｎｉ：０．１５％以上０．６５％以下、Ｃｕ：０．０５％以上０．５５％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項３】
前記片状黒鉛鋳鉄が、パーライトおよびベイナイトからなる群より選択される少なくとも１種の基地を含む組織を有することを特徴とする請求項１または２に記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項４】
前記片状黒鉛鋳鉄のＭｏの含有量が、質量％で、０．２０％以上０．５５％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項５】
質量％で、ｉ）前記片状黒鉛鋳鉄のＭｏの含有量が０．３０％以上０．５５％以下、かつ、ｉｉ）前記片状黒鉛鋳鉄のＭｏおよびＮｉの合計含有量が０．６０％以上１．１５％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項６】
前記円筒部材の肉厚が３．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項７】
前記片状黒鉛鋳鉄の硬さが１０２ＨＲＢ以上１１２ＨＲＢ以下であり、引張強度が３００ＭＰａ以上であり、かつ、ヤング率が１１０ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項８】
前記片状黒鉛鋳鉄が炭化物を含み、かつ、前記円筒部材の径方向に対して、０．２ｍｍ以上連続する連続領域内において、前記炭化物の面積率が０．９％以上５．０％以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項９】
前記連続領域の前記円筒部材の径方向に対する長さが、２．７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項１０】
前記円筒部材の内周面および外周面から選択されるいずれか一方の面が、前記円筒部材の径方向に対して前記連続領域の一方側の端部に形成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項１１】
前記内周面が、前記円筒部材の径方向に対して前記連続領域の最内周側に形成され、かつ、前記内周面をピストン及びピストンリングが往復摺動する内燃機関用シリンダライナであることを特徴とする請求項１０に記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【請求項１２】
前記内周面が、前記円筒部材の径方向に対して前記連続領域の最内周側に形成され、かつ、前記内周面でブレーキシューと摺動する内接式ドラムブレーキのブレーキドラムであることを特徴とする請求項１０に記載の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
第二の本発明の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材は、片状黒鉛鋳鉄製の円筒部材であって、片状黒鉛鋳鉄が、質量％で、Ｃ：２．８５％以上３．３５％以下、Ｓｉ：１．９５％以上２．５５％以下、Ｍｎ：０．４５％以上０．８％以下、Ｐ：０．０３％以上０．２５％以下、Ｓ：０．１５％以下、Ｃｒ：０．１５％以上０．５５％以下、Ｍｏ：０．１５％以上０．６５％以下、Ｎｉ：０．１５％以上０．６５％以下、Ｃｕ：０．０５％以上０．５５％以下を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
また、第二の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材は、片状黒鉛鋳鉄製の円筒部材であって、片状黒鉛鋳鉄が、質量％で、Ｃ：２．８５％以上３．３５％以下、Ｓｉ：１．９５％以上２．５５％以下、Ｍｎ：０．４５％以上０．８％以下、Ｐ：０．０３％以上０．２５％以下、Ｓ：０．１５％以下、Ｃｒ：０．１５％以上０．５５％以下、Ｍｏ：０．１５％以上０．６５％以下、Ｎｉ：０．１５％以上０．６５％以下、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＮｉおよびＦｅ以外のその他の元素（以下、「元素Ｘ」と称す）を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
第二の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材に用いられる片状黒鉛鋳鉄は、第一の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材に用いられる片状黒鉛鋳鉄の組成に対して、元素Ｘがさらに含まれる以外は、第一の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材と同様の組成および組織を有するものである。第二の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材も、第一の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材と同様に、優れた機械的強度を有しつつも実用的な加工性も有し、さらに耐摩耗性および耐焼付き性に優れる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
元素Ｘは、第一の本実施形態の片状黒鉛鋳鉄製円筒部材に用いられる片状黒鉛鋳鉄の諸特性のうち、特定の特性をさらに改善・向上させることを目的として添加される元素である。元素Ｘとしては、Ｃｕが用いられる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
Ｃｕは、基地中に固溶して基地を強化し、パーライトの安定化に効果的な元素である。また、Ｃｕは、鋳鉄の硬さを増加させるとともに、白銑化を阻止し、耐食性及び耐衝撃性を向上させる。このような効果を得るためには、Ｃｕの含有量は０．０５％以上である。一方、Ｃｕの含有量の上限は、材料コストが高騰するのを抑制するために、実用上は０．５５％以下である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2018042654.tif 000014
2018042654.tif 000015
2018042654.tif 000016
2018042654.tif 000017