JP2005105313A

JP2005105313A - 摺動部材のめっき構造およびめっき方法

Info

Publication number: JP2005105313A
Application number: JP2003337728A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Akai; 育夫赤井; Yuichi Kobayashi; 裕一小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】耐食性、耐摩耗性および摺動特性はもちろん寸法精度の面でも十分満足する特性を有する摺動部材のめっき構造を得る。
【解決手段】摺動部１および非摺動部（ねじ部を含む）３、４、５を有するピストンロッド６を対象に、該ピストンロッド６をハンガー１４に吊下支持して、導体ケース１２内のめっき浴１０中に浸漬し、初めに整流器１７からパルス電流を供給して、ピストンロッド６の全体にクラックを有しない、耐食性に優れた第１クロム層を薄く形成する。次に、マスキング治具２３を上昇させて、非摺動部３、４、５をマスキングし、この状態で整流器１７から直流電流を供給して摺動部１の第１クロム層上に、クラックを有する、耐摩耗性並びに摺動特性に優れた第２クロム層を厚く形成し、非摺動部３、４、５は、第１クロム層によって所望の寸法精度を確保する。
【選択図】図５

Description

本発明は、摺動部材のめっき構造およびめっき方法に関する。

表面に硬質のクロム層を析出させる汎用の硬質クロムめっき処理によれば、得られるクロム層に金属素地に達するクラックが多数存在し、そのままでは、腐食原因となる媒体が金属素地に到達して腐食が発生するようになる。そこで従来、腐食環境で使用される摺動部材に対しては、一般に前処理としてニッケルめっきや銅めっきを施してクロムめっき層と同程度の膜厚の下地を形成し、この下地の上に硬質クロムめっきを施すようにしていた。しかし、このような対策によれば、めっき処理を工程を変えて２回行わなければならないため、工程増加による製造コストの上昇が避けられないようになる。

一方、パルス電流を利用して、いわゆるパルスめっき処理を行うことで、クラックのないクロム層を形成できることが既に確認されており（例えば、特許文献１参照）、この方法によれば、耐食性に優れた摺動部材を１工程処理で得ることができるようになる。しかしながら、このパルスめっき処理によれば、熱履歴を受けるとクロム層に大きなクラック（マクロクラック）が発生し易いという問題があり、熱履歴を受ける部品への適用は断念せざるを得ないものとなっていた。

そこで、本発明者等は、上記マクロクラック発生について鋭意検討した結果、パルス条件を調整して、クロム層に１００ＭＰａ以上の圧縮残留応力を付与することで、上記した熱履歴に起因するクラック発生を防止できることを見出し、既に、特許文献２で明らかにしている。この特許文献２に記載される発明では、クラックのない（クラックフリー）クロム層を下地として、該クロム層上にクラックを有する上クロム層を設けてもよいとしている。この場合、下クロム層の硬さを最大限に高くして耐摩耗性の向上を図ることができることに加え、上クロム層に存在するクラックを油溜りとして機能させて摺動抵抗の低減を図ることができ、耐食性に優れた下地クロム層（クラックフリー）と相俟って、耐久性に富む摺動部材が得られるようになる。

特開平３−２０７８８４号公報特開２０００−１９９０９５号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載されるようにクラックフリーのクロム層上にクラックを有するクロム層を積層形成した摺動部材によれば、摺動部材の全体にわたってめっき層の厚さを均一にすることが困難で、寸法精度の厳しい部分が存在する場合には、要求される寸法精度を満足できない虞があった。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、耐食性、耐摩耗性および摺動特性はもちろん寸法精度の面でも十分満足する特性を有する摺動部材のめっき構造を提供し、併せてこのめっき構造を効率よくかつ安定して得ることができるめっき方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る摺動部材のめっき構造は、摺動部および非摺動部を有する摺動部材のめっき構造であって、前記摺動部および非摺動部を含む全体にめっき処理を施すことにより形成された、クラックのない第１クロム層と、前記摺動部にめっき処理を施すことにより前記第１クロム層上に形成された、クラックを有する第２クロム層とを備えていることを特徴とする。この場合、前記めっき層の厚さは、第１クロム層よりも第２クロム層の方が厚いことが望ましい。このように構成しためっき構造によれば、クラックのない第１クロム層が全体に設けられているので、耐食性は十分となる。また、摺動部には、前記第１クロム層上にクラックを有する第２クロム層が設けられているので、耐摩耗性も十分となりかつ摺動特性も満足する。しかも、非摺動部はクラックのない第１クロムのみが設けられているので、寸法精度の保証も十分となる。

本めっき構造において、上記摺動部材の種類は任意であり、例えば、シリンダ装置用のピストンロッドである構成とすることができる。この場合、上記非摺動部は組付相手に対する取付用ねじ部を含むものとなる。

上記課題を解決するため、本発明に係る摺動部材のめっき方法は、摺動部および非摺動部を有する摺動部材のめっき方法であって、めっき浴中で電気めっきを行って、前記摺動部および非摺動部の全体に第１クロム層を形成する第１めっき工程と、該第１めっき工程後、前記非摺動部をマスキングして、同じめっき浴中で電気めっきを行って、前記摺動部の第１クロム層上に第２クロム層を形成する第２めっき工程とからなることを特徴とする。本めっき方法において、第１めっき工程をパルス電流を利用して行い、第２めっき工程をパルス条件を変えてまたは直流電流を利用して行うことことができる。

本発明に係る摺動部材のめっき構造によれば、耐食性、耐摩耗性および摺動特性はもちろん寸法精度の面でも十分満足する特性を有する摺動部材が得られる。
また、本発明に係る摺動部材のめっき方法によれば、同じめっき浴を用いて効率よくかつ安定してめっき処理を行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面も参照して説明する。

本実施形態においては、摺動部材として、油圧緩衝器（シリンダ装置）用のピストンロッドを選択している。このピストンロッドは、図２に示すように、ロッドガイドおよびシール部材（オイルシール、Ｏリング等）を摺動可能に挿通する摺動部１の一端側にピストンを嵌合保持するためのピストン嵌合部２を備えると共に、この摺動部１の他端側にアウタシェル（組付相手）を取付けるための中間ねじ部３と、外部に曝される小径軸部４と車体（組付相手）への取付用先端ねじ部５とを順に備えている。このようなピストンロッド６において、その摺動部１は耐摩耗性および耐食性に優れていることに加え、良好な摺動特性を有することが、ピストン嵌合部２は寸法精度の高いことが、小径軸部４は耐食性に優れていることが、中間ねじ部３と先端ねじ部５とは耐食性に優れかつ寸法精度の高いことがそれぞれ要求される。なお、ピストン嵌合部２には、ピストンを締付け固定するためのナットを螺着させるねじ部２ａが付設されている。

そこで、本実施形態においては、先ず、ピストン嵌合部２を除く全体に後述のめっき処理を施すことにより、図１に示すように、基材（鋼材）Ｍの表面に、クラックＦを有しない（クラックフリーの）第１クロム層Ｓ₁ を形成し、その後、摺動部１に対してのみ後述のめっき処理を施すことにより、同じく図１に示すように、前記第１クロム層Ｓ₁ 上にクラックＦを有する第２クロム層Ｓ₂ を形成している。すなわち、非摺動部である中間ねじ部３、小径軸部４および先端ねじ部５はクラックフリーの第１クロム層Ｓ₁ のみを有するめっき構造となっているのに対し、摺動部１はクラックフリーの第１クロム層Ｓ₁ 上にクラックを有する第２クロム層Ｓ₂ を積層しためっき構造となっている。ここで、クラックフリーの第１クロム層Ｓ₁ の厚さｔ₁ は２〜５μｍ程度、クラックを有する第２クロム層Ｓ₂ の厚さｔ₂ は２０〜４０μｍ程度となっている。また、第１クロム層Ｓ₁ は、望ましくは１００ＭＰa 以上の圧縮残留応力を有し、かつその結晶子の大きさが９ｎｍ以上、１６ｎｍ未満の範囲に収まる構成とし、第２クロム層Ｓ₂ は、望ましくは１００ＭＰa 未満の圧縮残留応力または引張残留応力を有し、かつその結晶子の大きさが９ｎｍ未満となるように形成されている。

上記しためっき構造を有するピストンロッド（摺動部材）６は、クラックフリーの第１クロム層Ｓ₁ がその全体に設けられているので、摺動部１、小径軸部４およびねじ部３、５を含むほぼ全体の耐食性は十分となる。また、この第１クロム層Ｓ₁ は圧縮残留応力が付与され、かつ結晶子も小さいので、広範な熱履歴を経てもクラック発生が防止され、優れた耐食性を維持する。しかも、この第１クロム層Ｓ₁ は比較的薄く形成されているので、非摺動部である中間ねじ部３および先端ねじ部５の寸法精度は交差内に収まり、組付相手（アウタシェル側、車体側）におけるボルト（図示せず）との組付けに不具合が生じることはない。一方、摺動部１は、前記第１クロム層Ｓ₁ 上にクラックを有する比較的厚い第２クロム層Ｓ₂ を設けためっき構造となっているので、前記第１クロム層Ｓ₁ によって耐摩耗性は十分となり、かつ前記第２クロム層Ｓ₂ のクラックによ油溜機能によって摺動特性も満足する。

本実施形態において、上記しためっき構造を得るには、後述のめっき装置（図５および６）を用い、先ず、有機スルフォン酸を含むめっき浴中で、パルス電流を利用しためっき処理（以下、これをパルスめっき処理という）を行い、続いて、同じめっき浴内で直流電流を利用しためっき処理（以下、これを汎用めっき処理という）を行うようにする。この場合、前記有機スルフォン酸を含むめっき浴としては、図３に示す成分組成のものを用いるのが望ましい。このめっき浴は、特公昭６３−３２８７４号公報に記載されたものと実質同じものであり、クロム酸と硫酸根とをベースとして有機スルフォン酸を１〜１８ｇ/Ｌ好適には１.５〜１２ｇ/Ｌ含んでいる。

また、パルスめっき処理に際して印加するパルス電流の波形としては、図４に示すように最大電流密度Ｉ_Uと最小電流密度Ｉ_Lとの間を交番し、かつ最大電流密度Ｉ_Uと最小電流密度Ｉ_Lとに所定時間Ｔ₁、Ｔ₂保持する形態となっている。最小電流密度Ｉ_Lは、ここではゼロ（オフ）に設定しているが、最大電流密度Iuとゼロとの間の任意の値に設定してもよいことはもちろんである。また、保持時間Ｔ₁およびＴ₂については、同一の値に設定しても異なる値に設定してもよい。

ここで、上記めっき処理を行うためのめっき装置は、図５および６に示すように、上記した有機スルフォン酸を含むめっき浴１０を収容したバッチ処理槽１１を備えている。このバッチ処理槽１１内には、円筒状の導体ケース１２が紙面垂直方向へ配列して複数設置され、一方、このバッチ処理槽１１の上方には、下端部に上記ピストンロッド６（図２）を吊下支持する導体吊具１３を備えたハンガー１４が各導体ケース１２に対向して複数配設されている。バッチ処理槽１１の上方にはまた、陰極ブスバ１５と陽極ブスバ１６とが配設されており、陰極ブスバ１５には前記ハンガー１４の導体吊具１３が、陽極ブスバ１６には前記導体ケース１２がそれぞれ連結されている。ハンガー１４は、図示を略す昇降手段により昇降動作するようになっており、この動きに陰極ブスバ１５も追従する。１７は、パルス電流と直流電流とを切替可能な整流器であり、この整流器１７と前記陰極ブスバ１４および陽極ブスバ１５との間は配線１８、１９により接続されている。

上記ハンガー１５の下の導体吊具１３は、ここでは、その下端部に前記ピストンロッド６のピストン嵌合部２を収納可能な収納穴２０を有する構造となっている。ピストンロッド６は、そのピストン嵌合部２を前記収納穴２０内に納めた状態で、該収納穴２０の周りの壁を通してねじ込んだねじ部材２１により、導体吊具１６に脱着可能に吊下支持されるようになっている。

本めっき装置において、上記バッチ処理槽１１の底部には、その底面を一段下げた溝部２２が形成されており、この溝部２２内には、ピストンロッド６の非摺動部である中間ねじ部３、小径軸部４および先端ねじ部５をマスキングするための円筒状マスキング治具２３が直立して配置されている。マスキング治具２３は、図６に示すように、前記ピストンロッド６の非摺動部を完全に覆うに足る十分な長さを有しており、図示を略す駆動手段により昇降動作する昇降板２４の上に、ハンガー１４に吊下されたピストンロッド６と同心をなすように該ピストンロッド６と同じ数だけ配置されている。マスキング治具２３は、図５に示すように、常時はピストンロッド６に干渉しない待機位置に位置決めされており、昇降板２４の上昇に応じて前記ピストンロッド６の非摺動部に嵌合される。

上記しためっき装置によりめっき処理を行うには、予めハンガー１４を上昇端に位置決めし、この状態で、その導体吊具１３の収納穴２０にピストンロッド６のピストン嵌合部２を差込み、ねじ部材２１をねじ込んで各ハンガー１４にピストンロッド６を吊下支持させる。次に、図示を略す昇降手段の作動により各ハンガー１４を陰極ブスバ１５と一体的に下降させ、図５に示すように各ピストンロッド６を対応する導体ケース１２内に挿入させる。この時、マスキング治具２３は待機位置に位置決めされており、ピストンロッド６は、ピストン嵌合部２を除く全体がめっき浴１０中に浸漬され、これにてピストンロッド６のセットは完了する。

上記ピストンロッド６のセット完了により、先ず、陰極ブスバ１５が正極、陽極ブスバ１６が負極となるように整流器１７を切替え、所定の直流電流をピストンロッド１と導体ケース１２との間に流し、いわゆる電解エッチング（逆電解）を行ってピストンロッド６の表面を洗浄する。次に、陰極ブスバ１５が負極、陽極ブスバ１６が正極となるように整流器１７を切替え、前記図４に示したパルス電流の波形でパルスめっき処理（第１めっき工程）を行う。このパルスめっき処理により、ピストン嵌合部２を除くピストンロッド６の全体に、クラックフリーの第１クロム層Ｓ₁ （図１）が所定の厚さに形成される。

そして、上記パルスめっき処理が終了したら、一旦、整流器１７からの電流供給を遮断し、昇降板２４を上昇させて各マスキング治具２３により、ピストンロッド６の非摺動部である中間ねじ部３、小径軸部４および先端ねじ部５をマスキングする。その後、整流器１７を直流側に切替え、直流電流により汎用めっき処理（第２めっき工程）を行う。すると、ピストンロッド６の摺動部１には、上記クラックフリーの第１クロム層Ｓ₁ 上にクラックを有する第２クロム層Ｓ₂ （図１）が所定の厚さに積層形成され、これにより、摺動部１のみに２層のめっき構造を有し、非摺動部にクラックフリーの１層のめっき構造を有するピストンロッド６が完成する。

なお、上記実施形態においては、第２クロム層Ｓ₂の形成に直流電流を用いたが、クラックを有するクロム層は、図２に示したパルス条件（電流値、時間等）を変えても形成できるので、この第２クロム層Ｓ₂の形成には、汎用めっき処理に代えてパルスめっき処理を行うようにしてもよい。
また、めっき方法としては、上記図５に示しためっき装置によるバッチ式処理に代えて、同じめっき浴中でピストンロッド（摺動部材）を連続に移動させて行う連続処理を採用してもよいことはもちろんである。

本発明に係る摺動部材のパルスめっき構造を示す断面図である。摺動部材の一つである油圧緩衝器用ピストンロッドの構造示す平面図である。本発明に係るめっき方法で用いるめっき浴の成分組成の一例を示す図表である。本めっき方法におけるパルスめっき処理で用いるパルス波形の一例を示すグラフである。本めっき方法を実行するめっき装置の構造を模式的に示す断面図である。本めっき方法で用いるマスキング治具の構造とその使用態様とを示す断面図である。

符号の説明

Ｓ₁ 第１クロム層（クラックなし）
Ｓ₂ 第２クロム層（クラックあり）
Ｆクラック
１摺動部
３中間ねじ部（非摺動部）
４小径軸部（非摺動部）
５先端ねじ部（非摺動部）
６ピストンロッド（摺動部材）
１０めっき浴
１１バッチ処理槽
１２導体ケース
１３ハンガー
１７整流器

Claims

摺動部および非摺動部を有する摺動部材のめっき構造であって、前記摺動部および非摺動部を含む全体にめっき処理を施すことにより形成された、クラックのない第１クロム層と、前記摺動部にめっき処理を施すことにより前記第１クロム層上に形成された、クラックを有する第２クロム層とを備えていることを特徴とする摺動部材のめっき構造。
めっき層の厚さが、第１クロム層よりも第２クロム層の方が厚いことを特徴とする請求項１に記載の摺動部材のめっき構造。
摺動部材が、シリンダ装置用のピストンロッドであり、非摺動部が組付相手に対する取付用ねじ部を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部材のめっき構造。
摺動部および非摺動部を有する摺動部材のめっき方法であって、めっき浴中で電気めっきを行って、前記摺動部および非摺動部の全体に第１クロム層を形成する第１めっき工程と、該第１めっき工程後、前記非摺動部をマスキングして、同じめっき浴中で電気めっきを行って、前記摺動部の第１クロム層上に第２クロム層を形成する第２めっき工程とからなることを特徴とする摺動部材のめっき方法。
第１めっき工程をパルス電流を利用して行い、第２めっき工程をパルス条件を変えてまたは直流電流を利用して行うことを特徴とする請求項４に記載の摺動部材のめっき方法。