JPH05320947A - シリンダーロッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 硬質クロムメッキ層の厚みが小さくても、鉄
系ロッドの耐蝕性を高める。 【構成】 鉄系ロッドに硬質クロムメッキを施し、高周
波加熱などにより誘導加熱する。前記誘導加熱により、
硬質クロムメッキ層の厚みが薄くても、シリンダーロッ
ドの耐蝕性を高めることができる。硬質クロムメッキに
先立って、鉄系ロッドは、研磨処理、エッチング処理に
供してもよい。硬質クロムメッキは、無水クロム酸１０
０ｇ／Ｌに対して硫酸を１．０〜１．５ｇ／Ｌ含むメッ
キ浴を用いて行なうことができる。誘導加熱は、ロッド
の表面温度が１００〜８００℃となる条件で行なうこと
ができる。誘導加熱した後、バフ仕上げすると、耐蝕性
が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建設機械、産業機械、
産業車両などに使用されるシリンダーロッドおよびその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、パ
ワーシャベルなどの建設機械の油圧機などには、ピスト
ンロッドなどのシリンダーロッドが使用されている。シ
リンダーに対して摺動する前記ロッドには、硬度、耐摩
耗性が高いこと、表面精度を含めた寸法精度が高いこと
などの特性が要求される。そこで、シリンダー用ロッド
は、通常、鉄系材料からなるロッドに硬質クロムメッキ
を施すことにより製造されている。

【０００３】しかし、硬質クロムメッキにより形成され
たメッキ層には、他の電気メッキ層と異なり、メッキ層
の厚みが１００μｍ程度であっても、クラック、ピンホ
ールやピットなどの多数の欠陥部が生成する。従って、
硬質クロムメッキを施したロッドは、種々の優れた特性
を有するにも拘らず、腐蝕し、錆が発生し易い。特に、
塩化ナトリウムなどの塩化物、酸の存在下や高温多湿環
境下では、前記数多くの欠陥部に起因して、ロッドが著
しく腐蝕する。ロッドが腐蝕すると、シリンダーとの摺
動により傷が発生し、油洩れなどの原因となる。

【０００４】なお、硬質クロムメッキ物の腐蝕を防止す
るため、防錆剤を塗布し、クラックなどの欠陥部に浸透
させることが行なわれているが、根本的な解決法とは言
い難い。また、硬質クロムメッキ物の腐蝕を防止するた
め、厚み０．０５〜０．１ｍｍ程度のメッキ層を形成す
ることが行なわれている。しかし、メッキ層の厚みを大
きくすると、生産性が低下する。

【０００５】特公平３−１４９１３号公報には、高品質
の鏡面クロムメッキを施す方法に関し、マイクロクラッ
クタイプのクロムメッキ浴を用いて、鉄製基材の表面
に、仕上りメッキ層の約２倍の厚さのメッキ層を形成
し、苛酷な条件（使用標準温度の上限値よりも４０〜６
０℃高い温度で４０〜５０時間）でベーキングした後、
メッキ層の４０〜５０％を研磨などにより除去し、温和
な条件（使用標準温度の上限値よりも１０〜２０℃高い
温度で２０〜３０時間）でベーキングし、仕上げ研磨す
る方法が開示されている。

【０００６】しかし、この方法では、厚みの大きなメッ
キ層を形成し、しかも４０〜５０％のメッキ層を除去す
る必要があるので、経済的でないばかりか、メッキ処
理、メッキ層の除去に長時間を要する。しかも、２度に
亘るベーキングに長時間を必要とする。そのため、ドラ
ムやロールなどの生産性が著しく低下する。さらに、前
記先行文献には、耐蝕性に関して何ら記載されていな
い。

【０００７】従って、本発明の目的は、硬質クロムメッ
キの利点を生かしつつ、硬質クロムメッキ層の厚みが小
さくても、耐蝕性に優れたシリンダーロッドの製造方法
を提供することにある。

【０００８】

【発明の構成】本発明者らは、上記目的を達成するた
め、鋭意検討の結果、硬質クロムメッキを施した後、誘
導加熱すると、耐蝕性が著しく向上することを見いだ
し、本発明を完成した。

【０００９】すなわち、本発明は、鉄系材料からなるシ
ャフトに硬質クロムメッキを施した後、誘導加熱するシ
リンダーロッドの製造方法を提供する。

【００１０】前記メッキ基材であるロッドは、鉄系材
料、例えば、低炭素鋼、高炭素鋼、焼入れ鋼、高速度
鋼、クロム鋼、ニッケル鋼、ニッケル・クロム鋼、ニッ
ケル・クロム・モリブデン鋼、ステンレス鋼、タングス
テン鋼などの種々の材料で形成できる。

【００１１】前記ロッドは、硬質クロムメッキに先立っ
て、通常、前処理工程に供される。この前処理工程にお
いて、前記鉄系ロッドは、通常、有機溶剤、アルカリ浸
漬、アルカリ電解脱脂などによる脱脂処理、必要に応じ
て、塩酸、硫酸などの酸による酸洗処理を行なってもよ
い。

【００１２】また、必要に応じて、硬質クロムメッキに
先立って、ロッドは、研磨工程に供してもよい。ロッド
の研磨は、慣用の方法、例えば、研磨力の大きな円筒研
磨（リングバフ）、バーチカル研磨など；エメリーバフ
研磨、ベルト研磨、フラップホイール研磨などの粗研
磨；綿バフ、サイザルバフ、これらを組合せた中研磨や
仕上げ研磨などを単独で、または組合せて行なうことが
できる。なお、中研磨、仕上げ研磨は、クローズドフェ
ース、オープンフェース、ユニットフェースタイプのい
ずれであってもよい。

【００１３】さらに、鉄系ロッドは、メッキ下地調整の
ため、陽極酸化によるエッチング処理に供してもよい。
陽極酸化によるエッチング処理は、例えば、例えば、ク
ロムメッキ浴、クロム酸水溶液、硫酸水溶液において、
ロッドを陽極として、温度３０〜６０℃程度、電流密度
１０〜５０Ａ／ｄｍ² 程度、時間１０〜６００秒程度の
条件で電解処理することにより行なうことができる。な
お、陽極酸化によるエッチング処理に代えて、または陽
極酸化によるエッチング処理と共に、塩酸、硫酸などに
浸漬する酸浸漬処理を行なってもよい。

【００１４】クロムメッキ浴の組成は特に制限されず、
慣用のメッキ浴が使用できる。メッキ浴としては、例え
ば、無水クロム酸ＣｒＯ₃ 、硫酸を含むサージェント
浴；無水クロム酸ＣｒＯ₃ 、硫酸に加えて、ケイフッ化
ナトリウムやケイフッ化カリウムなどを含むケイフッ化
浴などであってもよい。また、クロムメッキ浴は、ケイ
フッ酸、フッ化アンモニウム、硫酸ストロンチウム、ク
エン酸、酒石酸、シュウ酸、ギ酸などの少なくとも１つ
の成分を含んでいてもよい。メッキ浴は、通常、三価ク
ロムを０．１〜３ｇ／Ｌ程度含む場合が多い。

【００１５】メッキ浴、例えば、サージェント浴におけ
る無水クロム酸と硫酸との割合は、通常、無水クロム
酸：硫酸＝１００：０．８〜１．５（ｇ／Ｌ）程度であ
る。耐蝕性を高めるためには、無水クロム酸１００ｇ／
Ｌに対する硫酸量は、１．０〜１．５ｇ／Ｌ、好ましく
は１．０２〜１．３ｇ／Ｌ、さらに好ましくは１．０５
〜１．２５ｇ／Ｌ程度である。硫酸量が少なくなるにつ
れて、被覆力が向上するが、耐蝕性が低下し易く、硫酸
量が多くなるにつれて、耐蝕性が向上するが、密着性、
メッキ層の均一性が低下し易くなる。

【００１６】なお、メッキ浴は、高濃度浴、標準浴、低
濃度浴のいずれであってもよく、無水クロム酸濃度は、
通常１００〜４００ｇ／Ｌ、好ましくは１５０〜３５０
ｇ／Ｌ、さらに好ましくは２００〜３００ｇ／Ｌ程度で
ある。

【００１７】硬質クロムメッキに際しては、陽極とし
て、鉛合金、鉄などを、適宜配置して使用できると共
に、メッキ部を均一化するため、補助陰極、遮蔽板など
を使用できる。

【００１８】メッキ条件は、浴の組成などに応じて選択
でき、通常、メッキ温度２０〜７０℃、好ましくは４０
〜６５℃程度、電流密度１０〜１００Ａ／ｄｍ₂ 、好ま
しくは３０〜６０Ａ／ｄｍ² 程度である。また、メッキ
時間は、浴の温度、電流効率、所望するメッキ膜厚など
に応じて選択できる。

【００１９】硬質クロムメッキ層の膜厚は、５〜３００
μｍ、好ましくは１０〜２００μｍ、さらに好ましくは
１５〜１５０μｍ程度である。特に好ましい硬質クロム
メッキ層の厚みは１５〜１００μｍ、好ましくは２０〜
７５μｍ程度である。硬質クロムメッキ層の厚みが小さ
い場合には、耐蝕性が低下し易く、厚過ぎる場合には、
経済的でないばかりかメッキに長時間を要し生産性が低
下する。このような厚みのメッキ層は、例えば、１〜２
時間程度で形成できる。

【００２０】なお、顕微鏡観察によると、前記のよう
に、硬質クロムメッキ層には、腐蝕の原因となる多数の
クラックやピンホールなどが存在する。また、前記先行
技術文献にも記載されているように、硬質クロム層を加
熱処理すると、一般にクラックが成長する。しかし、膜
厚が薄くても、誘導加熱処理することにより、高い耐蝕
性をシリンダーロッドに付与できる。さらに、前記先行
文献のように、厚みの大きな硬質クロムメッキ層を形成
し、二度に亘る研磨及びベーキングを行なうことなく、
苛酷な条件で使用される建設機械などのシリンダーピス
トンロッドとして使用しても、耐蝕性が著しく高い。

【００２１】そして、前記クロムメッキを施したメッキ
物を、誘導加熱する。誘導加熱は、例えば高周波加熱な
どにより行なうことができ、その種類は特に制限されな
い。この誘導加熱により、硬質クロムメッキ層の厚みが
小さくても、耐蝕性が著しく改善されると共に、短時間
内に効率よくシリンダーロッドを加熱処理できる。その
ためで、シリンダーロッドの生産性を著しく向上させる
ことができる。特に高周波加熱は、加熱処理効率が高
い。

【００２２】加熱温度は、耐蝕性を向上できる範囲で適
当に選択でき、例えば、１００〜８００℃、好ましくは
１２５〜６５０℃、さらに好ましくは１５０〜６００℃
程度である。加熱温度が１００℃未満では、耐蝕性を高
めるのに長時間を要し、８００℃を越えると過度な温度
となり作業性が低下し易くなる。

【００２３】なお、誘導加熱による場合には、加熱温度
を直接測定するのが困難であるが、シリンダーロッドの
表面温度を加熱温度とすることができる。

【００２４】高周波加熱による加熱の程度は、例えば、
コイルの内径、コイルの幅、高周波発生機の出力、周波
数、シリンダーロッドとコイルとの相対的送り速度など
を調整することにより、任意に制御できる。なお、これ
らのファクターは相互に関連しているので、熱処理に際
して、１つのファクターのみを独立して決定できるもの
ではない。

【００２５】以下、ロッドの外径が３０〜１００ｍｍφ
である場合、高周波加熱条件の一例を、より具体的に説
明する。コイルとシリンダーロッドとの距離が大きくな
るにつれて、誘導電流が小さくなり、表面温度の上昇が
抑制されるので、コイルとシリンダーロッドとの距離
は、熱処理の程度に応じて、例えば、１０〜５０ｍｍ、
好ましくは１５〜３０ｍｍ程度の範囲で選択できる。

【００２６】また、コイルの幅は、熱処理時間、および
シリンダーロッドとコイルとの相対的送り速度に関連す
る。コイルの長さが小さい場合や送り速度が大きい場合
には、発熱の程度が小さくなる。そのため、コイルの長
さは、送り速度との関係で適当に選択できるが、通常１
０〜５０ｍｍ程度で十分である。なお、シリンダーロッ
ドとコイルとの相対的送り速度は、例えば、０．１〜５
ｍ／分、好ましくは０．５〜５ｍ／分程度とすることが
できる。高周波加熱によると、ベーキング処理に比べて
送り速度を大きくできるので、耐蝕性に優れたシリンダ
ーロッドを連続的に効率よくかつ短時間内に製造でき
る。

【００２７】高周波発生機の出力は、誘導電流のエネル
ギーに比例するので、出力が大きい程、シリンダーロッ
ドの表面温度が高くなる。高周波発生機の出力は、例え
ば、３０〜１５０ｋｗ程度の範囲内で選択できる。周波
数が小さくなると、シリンダーロッドの深部にまで誘導
電流が流れ、局部的な温度上昇が抑制されるようであ
る。周波数は、例えば、３ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、好ましく
は４〜１００ｋＨｚ、さらに好ましくは４〜１０ｋＨｚ
程度の範囲で選択できる。

【００２８】なお、誘導加熱により熱処理する場合、シ
リンダーロッドの大きさ、所望する熱処理の程度などに
応じて、前記条件は適宜選択できる。

【００２９】ロッドが焼入れ鋼である場合、前記加熱処
理は、鉄系素地の焼戻し温度を越えない温度で行なうの
が好ましい。ベーキング処理後、メッキ物は、通常、徐
冷される。

【００３０】前記誘導加熱による加熱時間は、前記先行
技術文献に記載のベーキング時間よりも著しく短い。し
かも、本発明においては、１回の誘導加熱により耐蝕性
が著しく向上する。

【００３１】前記誘導加熱処理の後、メッキ物はバフ仕
上げ工程に供するのが好ましい。硬質クロムメッキ物を
バフ仕上げ工程に供することにより、耐蝕性をさらに高
めることができる。

【００３２】このバフ仕上は、前記研磨工程と同様に行
なうことができる。好ましい方法は、大きな研磨力を作
用させて研磨し、順次細かいバフ仕上げを行なう方法で
ある。特に＃４００〜１０００程度のリングバフを行な
った後、＃２４０〜６００程度の研磨剤による綿バフや
サイザルバフを行ない、オープンサイザルバフを行なう
のが好ましい。このような方法でバフ仕上げを行なう
と、前記リングバフにより大きな研磨力が作用すると共
に、綿バフやサイザルバフにより、メッキ層の突起部な
どが切削されるだけでなく、塑性変形し、前記メッキ層
のクラックなどの開口部が閉塞され、かつ平滑化される
ため、耐蝕性が向上する。

【００３３】このようにして得られたシリンダーロッド
は、メッキ層にクラックなどが存在していても、苛酷な
条件下、例えば、塩水噴霧試験に供しても腐蝕しない。
なお、促進試験により耐蝕性を評価する場合には、１０
０〜４００℃程度にメッキ物を加熱して上記塩水噴霧試
験に供したり、温度の高い塩水を噴霧すればよい。

【００３４】本発明の好ましい態様は次の通りである。

【００３５】（１）鉄系ロッドを、陽極酸化によるエッ
チング処理に供し、クロムメッキするシリンダーロッド
の製造方法。

【００３６】（２）厚みが１０〜１５０μｍの硬質クロ
ムメッキ層を形成し、誘導加熱処理し、バフ仕上げによ
り、硬質クロムメッキ層の厚みを５〜１００μｍとする
シリンダーロッドの製造方法。

【００３７】（３）高周波加熱により、シリンダーロッ
ドの表面を１００〜８００℃に加熱処理するシリンダー
ロッドの製造方法。

【００３８】本発明は、種々のシリンダーロッド、例え
ば、建設機械用シリンダーロッド、特にピストンロッド
に好適に適用できる。

【００３９】

【発明の効果】本発明の方法によれば、硬質クロムメッ
キ層の厚みが小さくても、誘導加熱により耐蝕性に優れ
るロッドを製造できる。そのため、複数回に亘る研磨処
理やベーキング処理に供する必要がなく、経済的かつ効
率よくシリンダーロッドを製造できる。しかも、誘導加
熱するので、短時間内に効率よく加熱でき、シリンダー
ロッドの生産性を高めることができる。

【００４０】

【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細
に説明する。

【００４１】実施例１ 外径６５ｍｍφの低炭素鋼（Ｓ４３Ｃ）製のロッド（ロ
ッド全体の長さ５９０ｍｍ、シャフトの長さ１２０ｍ
ｍ）を脱脂処理し、＃３２０番のリングバフ、＃６００
番のリングバフ、＃１０００番のリングバフを行ない、
下記のメッキ浴を用い、ロッドを陽極とする陽極酸化法
により電流密度３５Ａ／ｄｍ² 、３０秒間のエッチング
を行なった。

【００４２】メッキ浴組成 無水クロム酸：２２４ｇ／Ｌ 硫酸 ：２．５ｇ／Ｌ 三価クロム ：１．５ｇ／Ｌ また、上記組成のメッキ浴を用い、メッキ浴の温度５０
℃、電流密度３５Ａ／ｄｍ² の条件で、クロムメッキ
し、厚み３０μｍのメッキ層を形成した。

【００４３】次いで、コイル（内径８６ｍｍφ、幅２０
ｍｍ）の中空部に前記ロッドを配し、電圧３００Ｖ、高
周波発生機の出力５０ｋｗ、周波数５．０ｋＨｚ、コイ
ルの送り速度２．８ｍ／分の条件で高周波加熱処理し
た。なお、上記条件で処理したときのピストンロッドの
表面温度を測定したところ、１８０℃であった。

【００４４】メッキ物を、仕上げバフ工程に供し、硬質
クロムメッキが施されたピストンロッドを作製した。な
お、仕上げバフは、＃１０００番のリングバフ、＃３２
０番の綿バフ、＃４００番の綿バフ、及びオープンサイ
ザルバフの順序で行なった。バフ仕上げにより、硬質ク
ロムメッキ層の厚みは２６μｍとなった。

【００４５】実施例２ 実施例１のコイルを用い、高周波加熱条件を、電圧４６
０Ｖ、高周波発生機の出力８０ｋｗ、周波数６．０ｋＨ
ｚ、コイルの送り速度３．３ｍ／分とする以外、実施例
１と同様にして、硬質クロムメッキ層が形成されたシリ
ンダーロッドを作製した。

【００４６】なお、上記の条件で高周波加熱処理したと
きのピストンロッドの表面温度を測定したところ、５０
０℃であった。

【００４７】実施例３ 高周波発生機の出力を調整してロッドの表面温度を１６
０℃とし、最終バフ仕上げによる硬質クロムメッキ層の
厚みを４５μｍとする以外、実施例１と同様にして、ピ
ストンロッドを作製した。

【００４８】実施例４ 高周波発生機の出力を調整してロッドの表面温度を２５
０℃とし、最終バフ仕上げによる硬質クロムメッキ層の
厚みを２５μｍとする以外、実施例１と同様にして、ピ
ストンロッドを作製した。

【００４９】実施例５ メッキ浴の組成を、無水クロム酸２２４ｇ／Ｌ、硫酸
２．３ｇ／Ｌ及び三価クロム１．５ｇ／Ｌとする以外、
実施例１と同様にして、ピストンロッドを作製した。

【００５０】実施例６ 仕上げバフ工程における＃１０００番のリングバフに代
えて、＃６００番のリングバフを行なう以外、実施例１
と同様にして、ピストンロッドを作製した。

【００５１】比較例１ 高周波加熱処理することなく、実施例１と同様にして、
ピストンロッドを作製した。

【００５２】比較例２ メッキ浴の組成を、無水クロム酸２２４ｇ／Ｌ、硫酸
１．９ｇ／Ｌ及び三価クロム１．５ｇ／Ｌとし、高周波
加熱処理することなく、実施例１と同様にして、ピスト
ンロッドを作製した。

【００５３】そして、各実施例及び比較例で得られたピ
ストンロッドの耐蝕性を、次のような促進試験方法によ
り評価した。

【００５４】すなわち、ピストンロッドをベーキング炉
を用い１７５℃で９０分間加熱し、冷却した後、ＪＩＳ
Ｚ ２３７１に準じて５０℃に加熱した塩水を噴霧す
る塩水噴霧試験に供し、４８時間経過後の腐蝕の程度を
下記の基準で評価した。結果を表に示す。

【００５５】優 ：赤錆の発生なし 良 ：５〜１０％赤錆あり 可 ：１０〜２０％赤錆あり 不可：３０％以上赤錆あり

【００５６】

【表１】 表より、実施例１〜６で得られたピストンロッドは、比
較例１及び比較例２で得られたピストンロッドよりも著
しく耐蝕性が高い。なお、実施例１〜６で得られたピス
トンロッドは、１００時間の塩水噴霧試験に供しても赤
錆が発生しなかった。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄系材料からなるロッドに硬質クロムメ
   ッキを施した後、誘導加熱するシリンダーロッドの製造
   方法。
2. 【請求項２】 無水クロム酸１００ｇ／Ｌに対して硫酸
   を１．０〜１．５ｇ／Ｌ含むメッキ浴で硬質クロムメッ
   キする請求項１記載のシリンダーロッドの製造方法。
3. 【請求項３】 加熱した後、バフ仕上げする請求項１記
   載のシリンダーロッドの製造方法。
4. 【請求項４】 加熱温度が１００〜８００℃である請求
   項１記載のシリンダーロッドの製造方法。