JP7179179B2 - シリンダ装置と金属製摺動部品及び金属製摺動部品の製造方法 - Google Patents

シリンダ装置と金属製摺動部品及び金属製摺動部品の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、シリンダ装置と金属製摺動部品及び金属製摺動部品の製造方法に関する。
本願は、2019年6月26日に、日本に出願された特願2019-118685号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
ピストンロッドなどの金属製摺動部品について、摺動特性を向上させるため、種々の技術開発がなされている。
例えば、厚さ方向に応力勾配がないクロム層を析出させる技術(特許文献1参照)、高速クロムめっき装置の構造を改良した技術(特許文献2参照)、クロムめっき膜の結晶子の平均直径を規定し、({211}/{222})で表記されるピーク強度比を規定した技術(特許文献3参照)が知られている。
日本国特許第3918156号公報 特開昭55-138097号公報 特開2006-307322号公報
しかしながら、上記した従来技術では、めっき膜の摩擦係数や耐摩耗性などの摺動特性が不十分な問題がある。これら特許文献に記載の技術は摺動部品ごとに実用可能なめっき膜を創り込んでゆくための製造技術であり、めっき膜表面の摺動特性については試行錯誤により創りこむ必要があった。
ところで、本発明者は、サスペンション用ピストンロッドのクロムめっきの成膜速度を高速化する技術の開発を進めている。
また、クロムめっきの成膜速度を高速化しても、得られためっき膜の特性値は従来のめっき品と同等とすることで検討を進めてきた。
しかし、本発明者が高速化によって得られたクロムめっき膜の結晶性について詳細な解析を行ったところ、ピストンロッドの摺動特性を改善しうる結晶性を有していることを見出した。
本発明は、製造段階でクロムめっき膜表面に形成される結晶構造に着目し、摺動特性に影響する基本的な結晶構造を具備したクロムめっき膜を有した金属製摺動部品とそれを備えたシリンダ装置及び金属製摺動部品の製造方法を提供する。
本発明の第一の態様によれば、シリンダ装置は、少なくとも一端側に開口部を有する筒状のシリンダと、前記シリンダの開口部から突出する金属製のロッドと、前記シリンダの開口部に設けられ前記ロッドと摺接する摺接部材と、を備える。前記ロッドの表面に、クロムめっき膜が設けられる。前記クロムめっき膜における結晶子の膜厚方向の平均結晶子径と面内方向の平均結晶子径のアスペクト比が0.2以下である。
上記したシリンダ装置によれば、クロムめっき膜を構成する結晶組織のアスペクト比を低減できる効果があり、摩擦係数を低減し、更に硬度も向上できるの。このため、摺動特性を改善したクロムめっき膜を有する金属製摺動部品を備えたシリンダ装置を提供できる。アスペクト比を0.2以下に小さくすることで、摺動する際に、相手材との真実接触部が安定するとともに、微細な段差を生じてしまう結晶粒界と摺動する回数を減じることができ、クロムめっき膜の摩擦係数を低下することができる。
また、このような金属製摺動部品としてのロッドを備えたシリンダ装置であれば、ロッドの摺動特性を改善することができ、耐久性に優れたシリンダ装置を提供できる。
本発明の一実施形態に係る金属製摺動部品としてのロッドを示す側面図である。 図1に示すロッドの表面部分に形成されたクロムめっき膜を示す部分断面図である。 図2に示すクロムめっき膜の結晶子の方位とアスペクト比を例示するもので、結晶の単位格子を示す説明図である。 図2に示すクロムめっき膜の結晶子の方位とアスペクト比を例示するもので、結晶格子のアスペクト比を示す説明図である。 図2に示すクロムめっき膜の結晶子を示す概念図である。 従来のクロムめっき膜の結晶子を示す概念図である。 図1に示すロッド表面のクロムめっき膜の粒界とオイルシールとの関係を示す説明図である。 従来のロッド表面のクロムめっき膜の粒界とオイルシールとの関係を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る金属製摺動部品としてのロッドにクロムめっき膜を形成するために用いる第1の製造装置を示す説明図である。 同ロッドにクロムめっき膜を形成するために用いる第2の製造装置の概要を示す説明図である。 同第2の製造装置について具体構造とした場合の要部詳細構造を示す断面図である。 図1に示すロッドを備えたシリンダ装置の一例を示す断面図である。 実施例においてロッド表面にクロムめっき膜を形成した場合の電流密度と形成されたクロムめっき膜の面内方向の結晶子径の相関関係を示すグラフである。 実施例においてロッド表面にクロムめっき膜を形成した場合の電流密度と形成されたクロムめっき膜結晶子のアスペクト比の相関関係を示すグラフである。 実施例においてロッド表面に形成したクロムめっき膜に関し、クロムめっき膜結晶子のアスペクト比とクロムめっき膜の最大摩擦係数との相関関係を求めたグラフである。
以下、本発明の一実施形態に係る金属製摺動部品としてのロッドについて説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
図1は本発明の一実施形態に係る金属製摺動部品の一例としてのロッド1を示す側面図である。
このロッド1は、丸棒状の大径部2と、この大径部2の長さ方向一端部中央に大径部2を延長するように形成された小径部3とからなる。大径部2の一端側には径を絞るように形成されたテーパ面4が形成されている。このテーパ面4の終端側に形成された鍔部2aを介し小径部3が形成されている。小径部3の先端側には雄ねじ部5が形成されている。
ロッド1はめっきが施された被めっき物である。大径部2の外周面とテーパ面4にめっきが電着されている。
図2は大径部2の表面部分を一部切り出して断面視した図である。大径部2を構成する鋼母材である金属基材6の表面にクロムめっき膜7が被覆されている。なお、ロッド1において大径部2と小径部3はいずれも鋼母材からなる。
本実施形態のクロムめっき膜7は、膜厚方向の平均結晶子径と面内方向の平均結晶子径のアスペクト比が0.2以下である。クロムめっき膜7は、クロムの結晶の(111)面を面内方向に平行に揃える優先方位となるように結晶配向されている。本実施形態において説明する結晶子とは単結晶が集合している領域を示す。結晶子径は一例としてX線回折法により求めることができる。
クロムめっき膜7において、結晶子の平均径は、膜厚方向(FTD)で12nm以下であり、面内方向(PD)で60nm以上となるように形成されている。結晶子の膜厚方向の平均径は0.28nm以上であることが好ましく、面内方向では240nm以下であることが好ましい。
図3Aはbcc構造のクロム結晶の単位格子における(111)面を示す説明図である。図3Bはクロム結晶格子におけるアスペクト比の概念を示す説明図である。
bcc単位格子の幅方向の軸長をa0、高さ方向の軸長をh0と表記すると、図3Bに示すクロム結晶格子のアスペクト比(AR)はh0/a0で表される値となる。
図4は本実施形態に係るクロムめっき膜7の結晶構造を模式化して示す概念図である。図5は従来構造のクロムめっき膜8の結晶構造を模式化して示す概念図である。図4と図5に(111)面が堆積している方位を矢印で示す。クロムめっき膜7、8では面内(膜面)方向に(111)面が優先配向されている。
「優先方位」という用語は、多結晶集合体の状態であり、結晶方位はランダムでなく、特定の方向に配列する傾向を示すという意味を有する。
結晶性や優先方位については、例えばX線回折測定によって得られる回折パターンから分析することができる。本実施形態に係るクロムめっき膜の代表的なX線回折パターンでは、(111)面が優先配向していることを示す強い(222)ピークが観察される。このようなピークのパターンから積分強度を求め、強度比を算出すると、(222)ピークが90%以上を示した。無配向なクロムにおける標準データでは、(222)ピークの強度比は3%程度であり、強く優先配向していると言える。
図4に示す本実施形態のクロムめっき膜7において、単結晶が連続している領域を結晶子9と定義する。結晶子9のアスペクト比は、図4において例えばh/aを示し、図5に示す従来構造の結晶子10のアスペクト比は、図5においてh2/a2を示す。
図4に示す本実施形態のクロムめっき膜7は、膜厚方向の平均結晶子径hと面内方向の平均結晶子径aのアスペクト比(h/a)が、0.2以下とされている。
クロムめっき膜7における結晶子の大きさの測定は、X線回折装置により特性X線Cu-Kαを用い、面内の回折線と広角での回折線とをHall法により結晶子の大きさと歪みとに分離して評価することができる。
本実施形態において膜厚方向の平均結晶子径hとは、広角X線回折装置によりめっき膜の10mm×10mmの範囲を走査した時に発生する反射X線の回折線により上記のHall法により求めた値である。
本実施形態において面内方向の平均結晶子径aとは、高分解能X線回折装置によりめっき膜の10mm×10mmの範囲に広角X線回折よりも極めて低い照射角で走査した時に発生する試料の沿面方向へ走る面内回折X線の回折線により求めた値である。
図5に示す従来構造のクロムめっき膜8は、膜厚方向の平均結晶子径と面内方向の平均結晶子径のアスペクト比(h2/a2)が、図4に示すクロムめっき膜7のアスペクト比(h/a)よりも大きい。このため、図5に示す断面で示すクロムめっき膜8は膜厚方向に細長い結晶子10が多く含まれる。これに対し、図4に断面で示すクロムめっき膜7では面方向に細長い結晶子9が多く含まれている。
図4に表示する1つ1つの結晶子9は4角形状を有する。図5に示す1つ1つの結晶子10も4角形状を有する。しかしながら、図4の構造と図5の構造において同等の全体膜厚と仮定すると、図4の断面構造における膜厚方向に堆積している結晶子9の数は、図5の断面構造における膜厚方向に堆積している結晶子10の数より多くなっている。
図4と図5を対比して分かるように、本実施形態のクロムめっき膜7では、前述のアスペクト比(h/a)が0.2以下である。このことは、図7に示すクロムめっき膜7を構成する結晶子9において、面内方向の平均結晶子径が膜厚方向の平均結晶子径より相当に大きいことを意味する。
図6は、図4に示すクロムめっき膜7を備えたロッドにオイルシール11を接触させた状態を示す概念図である。図7は、図5に示す従来のクロムめっき膜8を備えたロッドにオイルシール12を接触させた状態を示す概念図である。
図4において、オイルシール11の面方向に隣接する結晶子9、9の境界を粒界13とみなすことができる。図5において、オイルシール12の面方向に隣接する結晶子10、10の境界を粒界14とみなすことができる。
このため、図6に示すクロムめっき膜7がオイルシール11に対し摺動する場合と、図7に示すクロムめっき膜8がオイルシール12に対し摺動する場合を対比すると、図6の構造の方が、オイルシール11に粒界13が擦れ合う確率が低くなる。このため、クロムめっき膜7の表面に凝着が発生し難くなり、ロッド1の摺動特性が向上する効果を得ることができる。
また、クロムめっき膜7は上述の如く膜厚方向の平均結晶子径と面内方向の平均結晶子径のアスペクト比が0.2以下である。このため、摺動方向に沿って存在する粒界13の数が従来のクロムめっき膜よりも少なくなる。このため、本実施形態のクロムめっき膜7は、従来のクロムめっき膜よりも結晶粒界を摺動する回数が減少することで摩擦係数が低くなり、摩擦係数が低下することで摺動特性が向上する。このため、凝集によりクロムめっき膜結晶の変形が生じ難くなり、摩耗形態を滑り摩擦へと変化できることで摩耗速度を減じることができる。
このため、金属製摺動部品としてのロッド1は、摺動する際に、相手材との真実接触部が安定するとともに、微細な段差を生じてしまう結晶粒界を摺動する回数が減じることで摩擦係数を低くすることができる。
本実施形態のクロムめっき膜7は、面内方向に(111)面が優先的に揃っていることに加えて、前述のアスペクト比が十分に小さいため、面内方向の表面状態が安定し、目的の優れた摺動特性が得られる。しかも、結晶子9の膜厚方向の結晶子径を小さくできることで、クロムめっき膜7に十分高い硬さ(1000HV以上)を付与することができ、クロムめっき膜7は耐摩耗性も十分となる。
なお、本実施形態のクロムめっき膜7を備えたロッド1に関し、めっき処理後に高周波加熱処理を行ってクロムめっき膜7の表面に酸化クロム主体の酸化膜を形成しても良い。
「クロムめっき膜の製造方法」
上記のクロムめっき膜7は、有機スルフォン酸を含むクロムめっき浴中で、直流定電流を利用しためっき処理を行うことにより形成される。めっき液は所定の流速でめっき面に沿った方向の定常流を与えるように設定することが好ましい。
なお、有機スルフォン酸を含むクロムめっき浴としては、特公昭63-32874号公報に記載される、以下の表1に示す成分組成のものを用いることが望ましい。
Figure 0007179179000001
「クロムめっき膜製造装置の第1実施形態」
上記のクロムめっき膜7をロッド1の表面に形成するための装置の一形態を図8に示す。この装置は、ワーク(例えば、金属製ピストンロッド)Wを吊下支持し移動するハンガー21を有する。その移動ラインの下には、装着ステーション22、アルカリ電解脱脂槽23、めっき槽24、水洗槽25および離脱ステーション26がこの順序で配列されている。めっき槽24は、アルカリ電解脱脂槽3側のエッチング処理槽24Aと、これに続くめっき処理槽24Bとに分割されている。めっき処理槽24Bには、前記した有機スルフォン酸を含むクロムめっき浴24bが収納されている。
また、アルカリ電解脱脂槽23、エッチング処理槽24Aおよびめっき処理槽24Bに沿ってそれぞれの上方にブスバ27、28、29が分割して配列されている。これらブスバのうち、アルカリ電解脱脂槽23に対応するブスバ27、エッチング処理槽24Aに対応するブスバ28、めっき処理槽24Bに対応するブスバ29にはそれぞれ直流電源30、31、32が接続されている。
一方、各ブスバ27、28、29には、ハンガー21に設けられた給電ブラシ34が摺接される。これにより、各ハンガー21には対応する電源30、31、32から電流が均等に分配される。アルカリ電解脱脂槽23およびエッチング処理槽24A内には、各槽単位で並列に接続した複数の陰極35、36がそれぞれ配設される。めっき処理槽24B内には、ブスバ29単位で並列に接続した陽極37、38が配設される。これら陰極35、36および陽極37、38には対応する電源30、31、32から電流が供給される。なお、めっき処理槽24B内の陽極37、38と電源32との間にはそれぞれ電流計が介装されている。
上記製造装置を用いてクロムめっきを実施するには、先ず装着ステーション22においてハンガー21にワークWを装着する。次いで、ワークWをハンガー21に吊下げた状態でアルカリ電解脱脂槽23とエッチング処理槽24Aとに順次移送する。
そして、アルカリ電解脱脂槽23においてワークWを陽極とする脱脂処理を、エッチング処理槽24AにおいてワークWを陽極とするエッチング処理をそれぞれ行う。続いて、ワークWをめっき処理槽24Bに移送し、ここで、ワークWを陰極とするクロムめっき処理を行う。
上記クロムめっき処理に際し、先ず、ワークWの沿面方向にめっき液を流し、直流電源32からブスバ29および陽極37を介してワークWに直流電流を供給し、めっき処理を行う。このめっき処理は、当該ワークWを吊下支持するハンガー21の給電ブラシ34がブスバ29に接触している間継続され、クロムめっき膜7が形成される。なお、ワークWは、その後、水洗槽25において水洗されて離脱ステーション26に至る。ワークWは、離脱ステーション26でハンガー21から取り外される。
めっき処理の際には、前述のようにめっき液が定常的にワークWの沿面方向に流れている状態で、直流電流を印加することでめっき処理される。ここで、めっき液の温度としてめっき液の流れ終端側、本実施形態においてはワークWの液面において60℃以上とすることで、光沢性のあるクロムめっき膜が得られる。
更に、めっき液の出口温度を90℃以下、望ましくは85℃以下とすることで、結晶子のアスペクト比が小さなクロムめっき膜を形成することができる。また、印加する直流電流としては、350ASD(A/dm)以上が好ましい。本実施形態においては、1500ASD以上を印加した場合に、めっき膜の平坦性が低下しめっき膜質異常を引き起こしたことから、実質的に350~1500ASDとすることが望ましく、400~1200ASDとすることがより望ましい。この範囲の電流密度でめっき処理を施すことは、この種のクロムめっき膜を生成する一般的な電流密度より高い範囲となる。このため、前述の範囲でめっき処理することは高速クロムめっきを行っていることとなる。
本実施形態では、従来、一般的なこの種のワークを処理する場合の電流密度よりも電流密度を高く設定し、めっき液に流速を与えることが特徴である。このように高い電流密度で処理することで、めっき速度を速くすることが可能となる。また、めっき液の流速としては0.01m/s以上、好ましくは0.05m/s以上が好ましい。めっき液の流速が低すぎる場合、高電流によりめっき液の温度上昇が著しく、正常なクロムめっきを施すことができない。
更に、流速が2.5m/s以上となった場合には、めっき電流に伴うワーク表面の温度上昇が不十分となるとともに、めっき反応過程で生じる6価クロムの還元中間体がワーク表面に残存することが出来なくなる。このため、析出反応の継続的な進行が阻害され、結晶配向の低い膜が成長してしまう。
ただし、本実施形態で示した、流速の上限や下限の関係については、めっき設備に大きく依存する。設備の大きさなどにより熱容量が変化するとともに、接触抵抗などによる過剰な熱量が液温を大きく上昇させるためである。そのため、好ましくはめっき液の出口温度と流量の関係を整理したうえで運転条件を設定することが望ましい。
なお、高速クロムめっきを行うことで生産時のリードタイムを短縮し、生産効率を向上できる効果がある。
「クロムめっき膜製造装置の第2実施形態」
ワークWにクロムめっき膜7を形成する場合の第2実施形態として、図9を参照して以下に説明する方法に従うこともできる。
第2実施形態では、内筒型の陽極40と外筒型の処理槽本体41を備えためっき処理装置42を用いる。陽極40の中心にロッド状のワークWを設置してめっき処理を実施する。
めっき処理を行う場合、内筒型の陽極40に収容しためっき液に上向きの循環流を生じさせることが好ましい。
このような電極配置にすることで、ワークWの表面近傍におけるめっき液の流れが整い易くなるとともに、高電流を印加した場合の、めっき液温の上昇を管理し易くなり、適切な温度範囲と流量範囲を安定的に提供することが可能となる。
「製造装置の具体例」
図10は、図9に示すめっき処理装置42に関し、より具体的な構造とした一例を示す断面図である。
この例のめっき処理装置51は、搬送ロボットの把持部52を有している。把持部52は、ロッド1の小径部3とは反対側の部分である大径部2を把持する。把持部52は、ロッド1を把持部52から鉛直下方に延出させた状態で把持する。把持部52は、上下に昇降可能となっている。把持部52で把持された状態のロッド1は鉛直方向に沿っており、大径部2よりも小径部3が下側に配置されている。
めっき処理装置51は、外筒型の処理槽本体56を備えている。処理槽本体56は、把持部52で把持され把持部52とともに下降するロッド1が進入可能な挿入口55を上部に備える。また、めっき処理装置51は、処理槽本体56内に、内筒型の電極62を備えている。電極62は、把持部52で把持され把持部52とともに下降するロッド1が進入可能な挿入口61を上部に備える。処理槽本体56の挿入口55よりも電極62の挿入口61の方が下側に配置されている。
電極62は、円筒状の壁電極部65と、壁電極部65の上端縁部側に図示せぬ螺子などの締結部材により締結された環状部材66とを有している。環状部材66は、外周側が壁電極部65の外径と同径で、内周側は壁電極部65の内径よりも小径に構成される。つまり、環状部材66は、内周側に壁電極部65よりも径方向内方まで延出する部分を有する。また、環状部材66は、絶縁体である。この環状部材66は、後述するマスキング治具71が電極62から飛び出さないようにするストッパの役割をしている。マスキング治具71を交換するときに取り外しが容易となるように、環状部材66を締結部材により壁電極部65に締結しておくことが望ましい。
めっき処理装置51は、電極62の壁電極部65の内側に配置されるマスキング治具71を有している。マスキング治具71は、ロッド1の大径部2にめっきを施す際にロッド1の鍔部2aおよび小径部3をマスキングするために用いられる。マスキング治具71は、電極62に対して独立して移動可能であり、壁電極部65の内周面68を摺動可能であって、上下に昇降可能に設けられている。
マスキング治具71は、壁電極部65の内周面68に摺接する外周面72を有している。マスキング治具71には、径方向の中央に、円形穴である収容穴75が軸方向に沿って形成されている。収容穴75は、マスキング治具71の軸方向の一端から他端側の途中位置まで形成されている。言い換えれば、収容穴75は、マスキング治具71の軸方向の一端に開口部76を有し他端側は開口しない袋穴となっている。収容穴75は底面78を有している。収容穴75の内径は、ロッド1の小径部3の外径よりも大径であり、鍔部2aの最大径よりも小径となっている。また、収容穴75の深さは、ロッド1の小径部3の長さよりも深くなっている。
マスキング治具71には、収容穴75の開口部76側の端部に、収容穴75よりも収容穴75の径方向における外側、言い換えれば収容穴75よりもマスキング治具71の径方向における外側に広がる当接部81を有している。当接部81は、マスキング治具71の軸方向に直交して広がる平坦な円環状の当接面82を有している。当接面82の最小径は、収容穴75の内径と同等であり、ロッド1の鍔部2aの最大径よりも小径で、小径部3よりも大径となっている。よって、当接部81には、その当接面82に、収容穴75に小径部3が収容された状態のロッド1の鍔部2aが当接可能となっている。収容穴75に小径部3が中心軸線を一致させた同軸状態で収容されると、鍔部2aは当接面82に当接する。
マスキング治具71には、外周面72から径方向内方に凹む溝状の貫通路85が形成されている。貫通路85は、マスキング治具71を、マスキング治具71の軸方向、言い換えれば収容穴75の軸方向に沿って一端側から他端側まで貫通している。
貫通路85は、めっき液をマスキング治具71の軸方向に通過させるめっき液流通用の通路である。
マスキング治具71には、図10に示すように、軸方向の中間位置に中空部91が、マスキング治具71の軸方向に沿って形成されている。中空部91は、当接部81よりもマスキング治具71の径方向における外側に配置されている。中空部91は、空気を保持して密閉されている。中空部91は、マスキング治具71に浮力を生じさせる部分である。
マスキング治具71は、絶縁性の合成樹脂材料により形成されており、全体が絶縁体となっている。マスキング治具71は、比重が、めっき液よりも小さくなるように構成されている。マスキング治具71は、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチエンで形成されている。なお、本実施形態では、マスキング治具71全体を合成樹脂材料により形成した例を示したが、外周摺動面や収容穴75を耐摺動性の無機材料や金属材料などで被覆するなど、適宜変更することが可能である。
マスキング治具71は、図10に示すように、当接部81および収容穴75の開口部76が上に向く状態で、壁電極部65内に配置されている。マスキング治具71は、自重により壁電極部65の下部位置まで下がると、図示略のストッパに当接して、それ以上の下降が規制される。マスキング治具71は、図示略のストッパに当接して停止する図10に示す位置が昇降範囲の最下位置となっている。マスキング治具71は、この最下位置にある状態が待機状態となっている。
ロッド1の大径部2にめっきを施す際に、めっき処理装置51は、把持部52で把持したロッド1を小径部3側から、処理槽本体56の挿入口55に挿入し、さらに電極62の挿入口61に挿入する。そして、把持部52は、大径部2を所定長さ電極62内に挿入されるようにロッド1を下降させて停止する。このように把持部52で把持されて停止するロッド1は、電極62およびマスキング治具71と同軸状に配置されて、待機状態にあるマスキング治具71よりも上側に停止する。
めっき処理装置51は、マスキング治具71に向けて電極62内で下から上に向けてめっき液を流す。すると、マスキング治具71は、めっき液の抵抗構造になっており、比重がめっき液よりも小さいため、めっき液の流れで浮力が生じ、上昇する。
めっき液によって上昇したマスキング治具71は、その収容穴75にロッド1の小径部3を収容しつつ当接部81をロッド1の鍔部2aに当接させて停止する。めっき液は、貫通路85を下から上に向けて流れて電極62内で大径部2に接触する。電極62の挿入口61から溢れためっき液は、処理槽本体56と電極62との間を通って下方に流れる。
以上を言い換えれば、めっき処理装置51は、当接部81および収容穴75の開口部76を上に向けてマスキング治具71を配置し、マスキング治具71に向けて下から上に向けてめっき液を流すことにより、マスキング治具71の収容穴75にロッド1の小径部3を収容し、マスキング治具71の当接部81をロッド1の鍔部2aに当接させるとともに、めっき液をマスキング治具71の貫通路85に下から上向きに流してロッド1の大径部2に接触させることができる。
上記のように電極62内でめっき液を流し続けた状態で、ロッド1と電極62の接点との間に給電する。すると、絶縁体であるマスキング治具71と軸方向の位置が重なり合って覆われている小径部3は、めっきの電着すなわちめっき層の形成が抑制され、マスキング治具71に軸方向の位置が重なり合わず覆われていない大径部2にはめっきが電着されクロムめっき層が形成される。
マスキング治具71の外周面72と壁電極部65の内周面68の隙間を狭くすることによって、マスキング治具71が、マスキング治具71より下部に位置する壁電極部65の円筒面状の内周面68から流れてくるはずの電流を遮蔽する遮蔽板として働くため、本来ロッド1の下方に集中するはずの電流を抑制する。このことにより膜厚均一化に効果が得られる。
大径部2に所定厚さのめっき層が形成されると、めっき処理装置51は、電極62内でマスキング治具71に向けて下から流すめっき液を停止させる。すると、マスキング治具71は、自重により最下位置まで下降してストッパに当接して待機状態に戻る。その後、図10に示す把持部52が上昇してロッド1を電極62および処理槽本体56から引き上げて、後工程に払い出し、把持部52は次にめっき処理する別のロッド1を把持する。
ロッド1の外周面に沿ってめっき液の流れを生成しつつ、上述の温度のめっき液を用いて前述の直流電流印加条件によりめっき処理を行うことにより、本実施形態で目的とするクロムめっき層7を大径部2に備えたロッド1を得ることができる。
本実施形態では、クロムめっき膜7において、膜厚方向の平均結晶子径と面内方向の平均結晶子径のアスペクト比が0.2以下であり、クロムの結晶の(111)面を面内方向に平行に揃える優先方位となるように結晶配向されているクロムめっき膜7を形成することを目的とする。また、このクロムめっき膜7において、結晶子の平均径が膜厚方向で12nm以下であり、面内方向で60nm以上となることが好ましい。
このクロムめっき膜7を形成する場合、図10に示す構造のめっき処理装置51を用いて製造することが結晶配向性に優れ、目的の平均結晶子径のクロムめっき膜を得る上で望ましい。
「シリンダ装置」
図11は前述のクロムめっき膜7を有するロッド1を備えた本発明に係るシリンダ装置の第1実施形態を示す断面図である。
図11に示すシリンダ装置111は、自動車や鉄道車両等の車両のサスペンション装置に用いられる緩衝器である。具体的には自動車のストラット型サスペンションに用いられる緩衝器である。シリンダ装置111は、円筒状の内筒(シリンダ)112と、有底筒状の外筒114とを有している。内筒112には、作動液体が封入される。外筒114は、内筒112よりも大径で内筒112の外周側に設けられる。外筒114は、内筒112との間に作動液体および作動気体が封入されるリザーバ室113を形成する。つまり、シリンダ装置111は、外筒114内に内筒112が設けられた複筒式の緩衝器である。
外筒114は、金属製の一部材からなる一体成形品である。外筒114は、円筒状の側壁部117と、側壁部117の軸方向の一端側を閉塞する底部118と、側壁部117の底部118とは反対側の開口部119とを有している。側壁部117および底部118の中心軸線が外筒114の中心軸線となる。
底部118は、テーパ筒状部121と、平板状の円環部122と、テーパ筒状部123と、平板状の円板部124とを有している。テーパ筒状部121は、側壁部117の軸方向の端縁部から側壁部117から離れるほど縮径するように延出する。円環部122は、テーパ筒状部121の側壁部117とは反対側の端縁部から径方向内方に延出する。テーパ筒状部123は、円環部122のテーパ筒状部121とは反対側の端縁部から円環部122から離れるほど縮径するように延出する。円板部124は、テーパ筒状部123の円環部122とは反対側の端縁部から径方向内方に延出する。テーパ筒状部121、123は、外筒114の中心軸線を中心とするテーパ状となっている。円環部122および円板部124は、外筒114の中心軸線に対し直交して広がっている。
内筒(シリンダ)112は、金属製の一部材からなる一体成形品である。内筒112は、円筒状をなしている。内筒112は、その軸方向の一端側の開口部112aに取り付けられた円環状のベース部材130を介して外筒114の底部118に係合している。内筒12は、その軸方向の他端側の開口部112bに取り付けられた円環状のロッドガイド131を介して外筒114の側壁部117の底部118とは反対側に係合している。
ベース部材130は、内筒112に嵌合し固定された状態で外筒114の底部118に載置されている。ベース部材130は、底部118の円環部122に載置されており、その際に、テーパ筒状部121で径方向に位置決めされる。これにより、ベース部材130は、外筒114と同軸状に配置される。その結果、内筒112の軸方向の一端部を外筒114と同軸状に配置する。
ロッドガイド131は、内筒112と外筒114の側壁部117とに嵌合することで、内筒112の軸方向の他端部を外筒114と同軸状に配置する。このロッドガイド131に対して底部118とは反対側には、円環状のシール部材(摺接部材)133が配置されている。このシール部材133も側壁部117の内周部に嵌合されている。側壁部117の底部118とは反対の開口部119側には、カール加工によって径方向内方に塑性変形させられた加締め部134が形成されている。シール部材133は、この加締め部134とロッドガイド131とに挟持されている。シール部材133は、その軸方向の外側がこの加締め部134で係止されることによって、外筒114の開口部119側を封止する。
内筒112内には、ピストン135が摺動可能に嵌装されている。このピストン135は、内筒112内に第1室138と第2室139とを画成している。第1室138は、内筒112内のピストン135とロッドガイド131との間に設けられている。第2室139は、内筒112内のピストン135とベース部材130との間に設けられている。内筒112内の第2室139は、内筒112の一端側に設けられたベース部材130によって、リザーバ室113と画成されている。第1室138および第2室139には作動液体である油液が充填されている。リザーバ室113には作動気体であるガスと作動液体である油液とが充填されている。
ピストン135にはピストン135の中心を小径部3で貫通したロッド1がナット143によって連結されている。ピストン135は小径部3の外周面に嵌合されており、鍔部2aに当接されている。ナット143は小径部3の雄ねじ部5に螺合されている。
ロッド1は、大径部2の外周面においてロッドガイド131およびシール部材133を通って内筒112および外筒114から外部へと延出している。これにより、ロッド1は、一端側が外筒114および内筒112内に配置され他端側が外筒114および内筒112の外部に配置されている。ロッド1は、大径部2の外周面がロッドガイド131に摺接し、ロッドガイド131で案内されて、内筒112および外筒114に対して、ピストン135と一体に軸方向に移動する。ロッド1は、大径部2の外周面がシール部材133に摺接する。シール部材133は、外筒114とロッド1との間を閉塞して、内筒112内の作動液体と、リザーバ室113内の作動気体および作動液体とが外部に漏出するのを規制する。
ピストン135には、軸方向に貫通する通路144および通路145が形成されている。通路144、145は、第1室138と第2室139とを連通可能となっている。ピストン135には、ピストン135に当接することで通路144を閉塞可能な円環状のディスクバルブ146が軸方向の底部118とは反対側に設けられている。また、ピストン135には、ピストン135に当接することで通路145を閉塞可能な円環状のディスクバルブ147が軸方向の底部18側に設けられている。
ディスクバルブ146は、ロッド1が内筒112および外筒114内への進入量を増やす縮み側に移動しピストン135が第2室139を狭める方向に移動して第2室139の圧力が第1室138の圧力よりも所定値以上高くなると通路144を開く。ディスクバルブ146は、通路144を開く際に減衰力を発生させる減衰バルブである。ディスクバルブ147は、ロッド1が内筒112および外筒114からの突出量を増やす伸び側に移動しピストン135が第1室138を狭める方向に移動して第1室138の圧力が第2室139の圧力よりも所定値以上高くなると通路145を開く。ディスクバルブ147は、通路145を開く際に減衰力を発生させる減衰バルブである。
ベース部材130には、軸方向に貫通する通路152および通路153が形成されている。通路152、153は第2室139とリザーバ室113とを連通可能となっている。
ベース部材130には、その軸方向の底部118側に円環状のディスクバルブ155が配置され、その軸方向の底部118とは反対側に、円環状のディスクバルブ156が配置されている。ディスクバルブ155は、ベース部材130に当接することで通路152を閉塞可能である。ディスクバルブ156は、ベース部材130に当接することで通路153を閉塞可能である。
ディスクバルブ155は、ロッド1が縮み側に移動して第2室139の圧力がリザーバ室113の圧力よりも所定値以上高くなると通路152を開く。ディスクバルブ155は、通路152を開く際に減衰力を発生させる減衰バルブである。ディスクバルブ156は、ロッド1が伸び側に移動しピストン135が第1室138側に移動して第2室139の圧力がリザーバ室113の圧力より下降すると通路153を開く。ディスクバルブ156は、通路153を開く際、リザーバ室113から第2室139内に実質的に減衰力を発生させずに作動液体を流すサクションバルブである。
外筒114の底部118において円板部124の外側には円筒状の取付アイ158が溶接により固定されている。シリンダ装置111は、例えばロッド1が車両の車体側に連結され、取付アイ158が車両の車輪側に連結されて、車輪の車体に対する移動に対して減衰力を発生させる。シリンダ装置111は、ロッド1および外筒114が外部から衝撃力を受ける。
車両の走行時、シリンダ装置111は、ロッド1あるいは外筒114が外部側からの衝撃を繰り返し受ける。衝撃力を受ける度にロッド1が縮み側あるいは反対側に移動し、その際に減衰力が作用するのでシリンダ装置111は、自動車のストラット式サスペンションに用いられる緩衝器としての機能を奏する。
また、ロッド1の大径部2の外周面にクロムめっき膜7を設けているので、大径部2が繰り返しシール部材133に対し摺動したとしても、クロムめっき膜7が優れた摺動特性を発揮し、優れた耐摩耗性を発揮できる。
クロムめっき膜7は上述の如く膜厚方向の平均結晶子径と面内方向の平均結晶子径のアスペクト比が0.2以下であるので、摺動方向に沿って存在する粒界の数が従来のクロムめっき膜よりも少なくなる。このため、本実施形態のクロムめっき膜7は、従来のクロムめっき膜よりも結晶粒界を摺動する回数が減少することで摩擦係数が低くなり、摩擦係数が低下することで摺動特性が向上する。このため、凝集によりクロムめっき膜結晶の変形が生じ難くなり、摩耗形態を滑り摩擦へと変化できることで摩耗速度を減じることができるため、シリンダ装置111の耐久性が向上し、寿命の長いシリンダ装置111を提供できる。
ところで、以上説明した実施形態においては、ロッド1に本実施形態のクロムめっき膜を適用した例について説明したが、本実施形態のクロムめっき膜を適用できるのは、ロッドに限らない。耐摩耗性の要求される各種自動車部品、機械構造部材、油圧機器用のシャフトやロール、軸受やピストンあるいはシリンダなどの摺動部、金型、精密ロールなどの高硬度な表面処理など、種々の機械部品に広く適用することができる。
JIS S25Cからなる鋼棒(直径12.5mm、長さ200mm)を供試材とし、クロムめっき浴としてクロム酸250g/L、硫酸2.5g/L、有機スルフォン酸8g/L、ほう酸10g/Lの成分組成のめっき浴を用いた。浴温60℃、電流密度I=500A/dmの条件でめっき処理を行い、供試材表面に厚さ約20μmのクロムめっき膜(図2参照)を形成した。
めっき液は鋼棒に対して図10に示すめっき処理装置51を用いて図9に示すように沿面方向(大径部2の外周面に沿って上向き方向)に流し、めっき処理を行った。
めっきを行う際のめっき液の流速は0、0.05、0.1、1.0、2.5、3.0m/sとして試料を作製した。
また、参考のため、同じ供試材および同じめっき浴を用い、浴温60℃、電流密度100A/dmの一定条件で汎用の硬質クロムめっき処理を行い、供試材表面に厚さ約20μmのクロムめっき膜を形成した試料1を得た。めっきを行う際のめっき液の流速は1.0m/sに設定した。
めっき液の流速を変えてめっき処理を行った試料について、析出膜厚と光沢性を評価した。流速が0.05m/sから2.5m/sの範囲において処理しためっき膜は、約20μmの光沢性のクロムめっき膜が得られた。しかし、0m/sの場合にはまだらな析出となり、3.0m/sの場合には無光沢のめっき膜となってしまい、不適なめっき膜となった。次に、めっき液の流速をいずれも1.0m/sとし、電流密度を100A/dmと500A/dmの場合に得られた試料について、表面硬さ(HV)を測定すると共に、結晶子の大きさ(nm)を後述の方法で測定し、以下の表2に記載した。
また、JIS Z2371による塩水噴霧試験を行って発錆の有無を観察した。
ここで、クロムめっき膜の残留応力の測定は、日本非破壊検査協会編「非破壊検査」第37巻第8号第636~642頁に開示される「X線応力測定法」を用いて行った。
また、クロムめっき膜における結晶子の大きさの測定は、X線回折装置により特性X線Cu-Kαを用い、面内の回折線と広角での回折線とをHall法により結晶子の大きさを評価した。
Figure 0007179179000002
高電流密度と流速を与えた方法でめっき処理を行った場合には、面内方向の平均結晶子サイズ(平均結晶子径:a)が大きくなり、膜厚方向の平均結晶子サイズ(平均結晶子径:h)が小さくなり、アスペクト比(h/a)が小さくなることが認められた。
得られたクロムめっき膜に対して、ニトリルブタジエンゴム(摺動部材を想定)との摩擦係数を往復摺動試験で評価した結果、500ASD(500A/dm)で電気めっきを行って得たクロムめっき膜は摩擦係数が小さくなることが認められた。このクロムめっき膜は、硬さ(HV)も向上しており、摩擦係数が小さいので、耐摩耗性も向上することが判明した。
また、これらの試料について、めっき処理後の塩水噴霧試験により168時間まで発錆は認められず、高電流密度(500 A/dm)で電気めっきしたクロムめっき膜は300時間まで発錆は認められなかった。
次に、以下の表3に示した一般的な電流密度で電気クロムめっき処理した比較例試料#1と、本発明に係る高電流密度で処理した実施例試料#2を用意した。これらの試料において、鉄鋼基材上に電気めっきにより形成したクロムめっき膜の結晶構造を、X線回折法を用いて同定した結果を以下の表3に示す。
クロムめっき膜の結晶配向性は、広角X線回折法によって、(111)面が優先配向していることを示す強い(222)ピークと、(100)面の(200)ピークについてピーク面積比から定量的に求めた。
Figure 0007179179000003
表3に示す結果から明らかなように、比較例試料#1のクロムめっき膜の配向性が(111)95.7%、(200)3.4%という結果を得た。これに対し、本発明の実施例に係るクロムめっき膜は、(111)99.2%、(200)0.7%という配向を示した。
この結果から、高電流密度でクロムめっき膜を形成した本発明の実施例に係るクロムめっき膜の場合、(111)面の配向性が向上していることが明らかとなった。
図12は、クロムめっき浴としてクロム酸250g/L、硫酸2.5g/L、有機スルフォン酸8g/L、ほう酸10g/Lの成分組成のめっき浴を用い、浴温60℃、電流密度I=100~500A/dmの条件でめっき処理を行い、鋼棒供試材の表面に厚さ約20μmのクロムめっき膜を形成した場合に、得られたクロムめっき膜の面内方向の平均結晶子径(nm)を求めた結果を示す。図12において、縦軸は結晶子径(CrD)(nm)を表し、横軸は電流密度(CD)(A/dm)を表す。印加する電流密度は100、200、300、350、400、450、500A/dmのそれぞれの電流密度とした。
図12に示す結果から、電流密度を350A/dm以上に設定すると、面内方向の結晶子径を60nm以上にできることが明らかになった。
図13は、図12に示す例で用いためっき浴と同等のめっき浴を用い、電流密度I=100~500A/dmの条件でめっき処理を行い、得られた各クロムめっき膜における膜厚方向の平均結晶子径と面内方向の平均結晶子径のアスペクト比を求めた結果を示す。図13において、縦軸はアスペクト比(AR)を表し、横軸は電流密度(CD)(A/dm)を表す。
印加した電流密度を100、200、300、350、400、450、500A/dmのそれぞれの値に設定し、得られたクロムめっき膜のアスペクト比の値との相関性を求めた結果を図13に示している。
図13に示す結果から、アスペクト比を0.2以下とするには、350A/dm以上の電流密度でめっき処理を行う必要があることがわかった。
図14は、図12に示す例で用いためっき浴と同等のめっき浴を用い、電流密度I=100~500A/dmの条件でめっき処理を行い、得られた各クロムめっき膜におけるアスペクト比(AR)と、最大摩擦係数(MFC)(vsNBR:ニトリルブタジエンゴム)の相関性を求めた結果を示す。
図14に示す結果から、アスペクト比が0.2以下の範囲で小さくなると最大摩擦係数も小さくなることがわかる。
図12~図14に示す結果を勘案すると、本発明の実施例に係るクロムめっき膜では、膜厚方向の平均結晶子径と面内方向の平均結晶子径のアスペクト比を0.2以下にすると最大摩擦係数が減少する。このため、耐摩耗性に優れたクロムめっき膜とするためにアスペクト比を0.2以下にすることが好ましいと判明した。
また、クロムめっき膜を製造する場合、電流密度を350A/dm以上とすることがアスペクト比0.2以下のクロムめっき膜を製造する上で望ましく、電流密度を350A/dm以上とすることにより面内方向の結晶子径を60nm以上としたクロムめっき膜を製造できることがわかった。
上記したシリンダ装置によれば、クロムめっき膜を構成する結晶組織のアスペクト比を低減できる効果があり、摩擦係数を低減し、更に硬度も向上できるの。このため、摺動特性を改善したクロムめっき膜を有する金属製摺動部品を備えたシリンダ装置を提供できる。アスペクト比を0.2以下に小さくすることで、摺動する際に、相手材との真実接触部が安定するとともに、微細な段差を生じてしまう結晶粒界と摺動する回数を減じることができ、クロムめっき膜の摩擦係数を低下することができる。
また、このような金属製摺動部品としてのロッドを備えたシリンダ装置であれば、ロッドの摺動特性を改善することができ、耐久性に優れたシリンダ装置を提供できる。
1 ロッド
2 大径部
3 小径部
4 テーパ面
6 金属基材
7 クロムめっき膜
9 結晶子
14 粒界
W ワーク(ピストンロッド)
21 ハンガー
22 装着ステーション
23 アルカリ電解脱脂槽
24 めっき層
24A エッチング処理槽
24B めっき槽
25 水洗槽
26 離脱ステーション
27、28、29 ブスバ
30、31、32 電源
34 給電ブラシ
37、38 陽極、
40 陽極
41 処理槽本体
42 めっき処理装置
51 めっき処理装置、
56 処理槽本体
62 電極
71 マスキング治具
111 シリンダ装置、
112 内筒(シリンダ)
112b 開口部
131 ロッドガイド
133 シール部材(摺接部材)。

Claims (11)

  1. 少なくとも一端側に開口部を有する筒状のシリンダと、
    前記シリンダの開口部から突出する金属製のロッドと、
    前記シリンダの開口部に設けられ前記ロッドと摺接する摺接部材と、を備え、
    前記ロッドの表面には、クロムめっき膜が設けられ、
    前記クロムめっき膜における膜厚方向の平均結晶子径と面内方向の平均結晶子径のアスペクト比が0.2以下であることを特徴とするシリンダ装置。
  2. 前記結晶子の面内方向の平均結晶子径が60nm以上であることを特徴とする請求項1に記載のシリンダ装置。
  3. 前記結晶子が(111)面を面内方向に揃える優先方位となる結晶配向性を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のシリンダ装置。
  4. 金属製基材の表面にクロムめっき膜を有し、該クロムめっき膜における結晶子の膜厚方向の平均結晶子径と面内方向の平均結晶子径のアスペクト比が0.2以下であることを特徴とする金属製摺動部品。
  5. 前記結晶子の面内方向の平均結晶子径が60nm以上であることを特徴とする請求項4に記載の金属製摺動部品。
  6. 前記結晶子が(111)面を面内方向に揃える優先方位となる結晶配向性を有することを特徴とする請求項4または請求項5に記載の金属製摺動部品。
  7. 前記金属製基材がロッドであることを特徴とする請求項4~請求項6のいずれか一項に記載の金属製摺動部品。
  8. 金属製基材を、流れ終端側における温度を60℃以上、出口温度を90℃以下とした有機スルフォン酸を含むクロムめっき液に浸漬して電流を印加することにより、結晶子の膜厚方向の平均結晶子径と面内方向の平均結晶子径のアスペクト比が0.2以下であるクロムめっき膜を形成する工程を備えることを特徴とする金属製摺動部品の製造方法。
  9. 前記めっき液に浸漬して電流を印加する場合、電流密度350ASD以上となる電流を印加する工程を含むことを特徴とする請求項8に記載の金属製摺動部品の製造方法。
  10. 前記結晶子の面内方向の平均結晶子径を60nm以上とすることを特徴とする請求項8または9に記載の金属製摺動部品の製造方法。
  11. 前記結晶子が(111)面を面内方向に揃える優先方位となる結晶配向性を有すること
    を特徴とする請求項8~請求項10のいずれか一項に記載の金属製摺動部品の製造方法。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005213564A (ja) 2004-01-29 2005-08-11 Hitachi Ltd シリンダ装置用ロッド、該ロッドを用いたシリンダ装置、該ロッドの製造方法及びめっき処理装置
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Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5313333B2 (ja) * 1973-09-13 1978-05-09
JPS5215425A (en) * 1975-07-29 1977-02-05 Nippon Piston Ring Co Ltd Method of highhspeed chromiummplating of cylindrical objects
JPS6046195B2 (ja) 1979-04-13 1985-10-15 ヤマハ発動機株式会社 高速メツキ装置
JPS6332874A (ja) 1986-07-24 1988-02-12 Matsushita Electric Works Ltd 蓄電池の温度センサ取付構造
JPH04350193A (ja) 1991-05-29 1992-12-04 Teikoku Kuromu Kk 工業用クロムめっき方法
JP3134459B2 (ja) * 1992-02-05 2001-02-13 三菱電機株式会社 空気調和機
JP3918156B2 (ja) 1998-11-06 2007-05-23 株式会社日立製作所 クロムめっき部品の製造方法およびクロムめっき部品
JP2019118685A (ja) 2018-01-09 2019-07-22 株式会社オリンピア 遊技機

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005213564A (ja) 2004-01-29 2005-08-11 Hitachi Ltd シリンダ装置用ロッド、該ロッドを用いたシリンダ装置、該ロッドの製造方法及びめっき処理装置
JP2006307322A (ja) 2005-03-30 2006-11-09 Kobe Steel Ltd クロムめっき部材

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