特許 7485713 ３価クロムめっき部品の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】３価クロムめっき部品の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C25D 5/48 20060101AFI20240509BHJP

   C25D 3/06 20060101ALI20240509BHJP

   C25D 5/26 20060101ALI20240509BHJP

   C25D 7/00 20060101ALI20240509BHJP

【ＦＩ】

C25D5/48

C25D3/06

C25D5/26 D

C25D7/00 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022052092

(22)【出願日】2022-03-28

(65)【公開番号】P2023144898

(43)【公開日】2023-10-11

【審査請求日】2023-11-29

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000929

【氏名又は名称】カヤバ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】望月 嘉隆

(72)【発明者】

【氏名】永井 遼大

【審査官】隅川 佳星

(56)【参考文献】

【文献】特開平０３－０３９４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－３１１４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０６３６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１７４８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１５７３０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２２６１５０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｄ ３／０６

５／００ － ７／１２

Ｆ１６Ｆ ９／００ － ９／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体を封入する機器の摺動部品に３価クロムめっき膜が形成されてなる３価クロムめっき部品の製造方法であって、
母材又は母材表面に形成された下地めっき膜に３価クロムめっき膜を形成する工程と、
前記３価クロムめっき膜に外力を付与する工程と、
前記外力を付与した後、前記３価クロムめっき膜にベーキング処理を施す工程と、
を備えることを特徴とする３価クロムめっき部品の製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の３価クロムめっき部品の製造方法であって、
前記ベーキング処理の後、機械的処理により前記３価クロムめっき膜の表面仕上げを行う工程をさらに備えることを特徴とする３価クロムめっき部品の製造方法。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の３価クロムめっき部品の製造方法であって、
前記外力は、冷間加工により付与されることを特徴とする３価クロムめっき部品の製造方法。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一つに記載の３価クロムめっき部品の製造方法であって、
前記３価クロムめっき部品は、液圧シリンダのシリンダチューブ若しくはピストンロッド、ショックアブソーバのシリンダチューブ若しくはピストンロッド、又はフロントフォークのアウターチューブ若しくはインナーチューブであることを特徴とする３価クロムめっき部品の製造方法。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一つに記載の３価クロムめっき部品の製造方法であって、
前記３価クロムめっき膜に外力を付与する前記工程により、前記３価クロムめっき膜の表面のクラックの数を増加させることを特徴とする３価クロムめっき部品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３価クロムめっき部品の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、高い硬度を有し耐摩耗性に優れたクロムめっきとして、６価クロムと比較して環境負荷の低い３価クロムを含む３価クロムめっき浴を用いることが検討されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２２－３１７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

３価クロムめっきは成膜時、アモルファス構造が主であり脆い傾向があるため、幅の広いクラックが発生し易い。また、一般的に、母材に３価クロムめっき膜を形成した後、水素脆性を防ぐためにベーキング処理が施されるが、ベーキング処理によってクラックの溝幅が拡大してしまう。

【0005】

流体を封入する機器の摺動部品に３価クロムめっき膜が形成されている場合に、３価クロムめっき膜のクラックの溝幅が大きいと、クラックを伝って流体が外部へ滲み出てしまう。

【0006】

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、３価クロムめっき膜のクラックの溝幅の拡大を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、流体を封入する機器の摺動部品に３価クロムめっき膜が形成されてなる３価クロムめっき部品の製造方法であって、母材又は母材表面に形成された下地めっき膜に３価クロムめっき膜を形成する工程と、３価クロムめっき膜に外力を付与する工程と、外力を付与した後、３価クロムめっき膜にベーキング処理を施す工程と、を備えることを特徴とする。

【0008】

この発明では、３価クロムめっき膜に外力を付与した後、ベーキング処理を施すことによって、ベーキング処理によるクラックの溝幅の拡大を抑制することができる。

【0009】

また、本発明に係る３価クロムめっき部品の製造方法は、ベーキング処理の後、機械的処理により３価クロムめっき膜の表面仕上げを行う工程をさらに備えることを特徴とする。

【0010】

この発明では、３価クロムめっき膜に外力を付与することによってベーキング処理後のクラックの溝幅の拡大が抑制されるため、表面仕上げによりクラックを容易に塞ぐことができる。

【0011】

また、本発明は、外力は冷間加工により付与されることを特徴とする。

【0012】

この発明では、冷間加工により外力を付与することにより、クラックの溝幅を拡大させずに、かつクラックの数を増やすことができる。

【0013】

また、本発明は、３価クロムめっき部品は、液圧シリンダのシリンダチューブ若しくはピストンロッド、ショックアブソーバのシリンダチューブ若しくはピストンロッド、又はフロントフォークのアウターチューブ若しくはインナーチューブであることを特徴とする。

【0014】

この発明では、液圧シリンダ、ショックアブソーバ、及びフロントフォークは内部の流体の圧力が高いが、摺動面である３価クロムめっき膜の表面のクラックを通じて流体が外部へ滲み出ることを防止できる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、３価クロムめっき膜のクラックの溝幅の拡大を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係る３価クロムめっき部品の断面のレーザー顕微鏡写真である。

【図2】外力を付与しない比較例に係る３価クロムめっき膜の表面のレーザー顕微鏡写真であり、（ａ）はベーキング処理前、（ｂ）はベーキング処理後を示す。

【図3】外力を付与した３価クロムめっき膜の表面のレーザー顕微鏡写真であり、（ａ）はベーキング処理前、（ｂ）はベーキング処理後を示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る３価クロムめっき部品の製造方法について説明する。

【0018】

３価クロムめっき部品は、流体を封入する機器の一部品である摺動部品に３価クロムめっき膜が形成されてなるものである。流体を封入する機器としては、例えば、アクチュエータとして使用される液圧シリンダや、車両に搭載されるショックアブソーバ、二輪車用のフロントフォークである。３価クロムめっき部品としては、例えば、液圧シリンダのシリンダチューブ若しくはシリンダチューブに対して摺動するピストンロッドや、ショックアブソーバのシリンダチューブ若しくはシリンダチューブに対して摺動するピストンロッドや、フロントフォークのアウターチューブ若しくはアウターチューブに対して摺動するインナーチューブである。

【0019】

本実施形態では、ピストンロッドやインナーチューブの母材である鉄鋼母材に、例えば１０～２０μｍ程度のめっき厚さの硬質３価クロムめっき膜を形成する場合について説明する。

【0020】

図１は、３価クロムめっき部品１００の断面のレーザー顕微鏡写真である。図１に示すように、鉄鋼母材１の表面に下地めっき膜としてニッケルめっき膜２が形成され、ニッケルめっき膜２の表面に３価クロムめっき膜３が形成される。

【0021】

鉄鋼母材１は、例えば、Ｓ１５Ｃ、Ｓ２０Ｃ、Ｓ２５Ｃ、Ｓ３０Ｃ、Ｓ３５Ｃ、Ｓ４０Ｃ、Ｓ４５Ｃ等の炭素鋼や、ＳＣＭ４３０、ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０等のクロムモリブデン鋼である。

【0022】

ニッケルめっき膜２は、鉄鋼母材１に対する３価クロムめっき膜３の密着性を高めると共に、３価クロムめっき膜３の耐食性を補うためのものである。ニッケルめっき膜２は、公知の方法によって形成される。下地めっき膜として、ニッケルめっき膜２に代わり、銅めっき膜等の他の金属めっき膜でもよい。なお、下地めっき膜は、必須の構成ではなく、鉄鋼母材１の表面に、３価クロムめっき膜３を直接形成してもよい。

【0023】

３価クロムめっき膜３は摺動性及び耐食性に優れ、摺動部品の表面に形成されることにより、摺動部品の品質が向上する。３価クロムめっきは成膜時、アモルファス構造が主であり脆い傾向があるため、３価クロムめっき膜３には幅の広いクラック４が発生し易い。３価クロムめっき膜３を形成した後、３価クロムめっき膜３に吸蔵された水素を除去して水素脆性を防ぐためにベーキング処理が施されるが、後に詳しく説明するように、ベーキング処理によってクラック４の溝幅が拡大してしまう。３価クロムめっき膜３の表面は摺動面として機能するため、クラック４の溝幅Ｄが大きいと、クラック４を伝って流体が外部へ滲み出てしまう。具体的には、３価クロムめっき部品１００が液圧シリンダのピストンロッドである場合には、シリンダチューブに封入された油（流体）がピストンロッドの表面のクラック４を伝ってシリンダチューブ外へ滲み出てしまう。特に、液圧シリンダのように機器内部の流体（作動油や作動ガス）の圧力が高い場合には、クラック４を伝って流体が外部へ滲み出るリスクが高い。本発明は、機器に封入された流体が３価クロムめっき膜３の表面のクラック４を通じて漏れることを防止するために成されたものである。

【0024】

以下では、本実施形態に係る３価クロムめっき部品１００の製造方法、具体的には、３価クロムめっき膜３の形成方法について詳しく説明する。

【0025】

まず、鉄鋼母材１の表面に形成されたニッケルめっき膜２に３価クロムめっき膜３を形成する前に、ニッケルめっき膜２の表面を清浄化するための前処理を行う。前処理としては、例えば、ニッケルめっき膜２の表面から有機物を除去する脱脂処理や、ニッケルめっき膜２の表面から酸化物を除去する酸洗浄処理である。なお、ニッケルめっき膜２が形成されない場合には、鉄鋼母材１の表面を清浄化するための前処理を行う。

【0026】

次に、ニッケルめっき膜２の表面に３価クロムめっき膜３を形成する。３価クロムめっき膜３の形成方法としては、例えば、クロム源として塩化クロム又は硫酸クロム塩、錯化剤としてギ酸塩やリンゴ酸塩、ｐＨ緩衝剤としてホウ酸、導電剤として塩化アンモニウムや硝酸カリウム、硫酸アトリウム、及び微量の界面活性剤等を含む３価クロムめっき浴において、電流密度３０～９０Ａ/ｄｍ^２のめっき条件でめっき厚さ１０～２０μｍ程度のめっき処理を行う。

【0027】

次に、３価クロムめっき膜３に外力を付与する。外力は冷間加工により付与される。本実施形態では、常温において、３価クロムめっき膜３の表面に回転するローラの外周面を押し当てることにより、３価クロムめっき膜３の表面に外力を付与して微小な塑性変形を与える。これにより、３価クロムめっき膜３の表面のクラック４の数が増える。

【0028】

３価クロムめっき膜３に外力を付与する冷間加工の方法として、ローラを用いる方法の他、複数の硬球を３価クロムめっき膜３の表面に高速で衝突させることにより、３価クロムめっき膜３の表面に外力を付与して微小な塑性変形を与えるショットピーニングであってもよい。

【0029】

３価クロムめっき膜３に外力を付与する際に、３価クロムめっき膜３に熱が加わると、クラック４の溝幅が拡大してしまう。したがって、冷間加工による外力を付与する方法は、クラック４の溝幅を拡大させずに、かつクラック４の数を増やすことができるため、好ましい。

【0030】

３価クロムめっき膜３に外力を付与した後、３価クロムめっき膜３にベーキング処理を施す。ベーキング処理は、３価クロムめっき膜３に吸蔵された水素を除去して水素脆性を防ぐためのものであり、２００℃程度で約２時間の条件で加熱する。

【0031】

前述したように、ベーキング処理によってクラック４の溝幅が拡大してしまうが、ベーキング処理の前に、３価クロムめっき膜３に外力を付与することによって、クラック４の溝幅の拡大を抑制することができる。この点について、図２及び図３を参照して詳しく説明する。

【0032】

図２は外力を付与しない比較例に係る３価クロムめっき膜３の表面のレーザー顕微鏡写真であり、（ａ）はベーキング処理前、（ｂ）はベーキング処理後を示す。図３は外力を付与した３価クロムめっき膜３の表面のレーザー顕微鏡写真であり、（ａ）はベーキング処理前、（ｂ）はベーキング処理後を示す。図２及び図３において、黒い線はクラック４である。

【0033】

ベーキング処理前の３価クロムめっき膜３はアモルファス構造であることが知られており、ベーキング処理を施すことにより、アモルファス構造が結晶化する。その結晶化の際、３価クロムめっき膜３は収縮するため、クラック４の溝幅が拡大する。図２（ａ）からわかるように、外力を付与しない場合には、クラック４で囲まれた一つ一つの領域が大きいため、ベーキング処理による結晶化の際、一つ一つの領域の収縮量が大きく、クラック４の溝幅が拡大しやすい。図２（ａ）と図２（ｂ）の比較からわかるように、クラック４である黒い線が図２（ｂ）では太くなっている。一方、図３（ａ）からわかるように、外力を付与することにより、３価クロムめっき膜３の表面のクラック４の数は多くなっており、クラック４で囲まれた一つ一つの領域は小さいため、ベーキング処理による結晶化の際、一つ一つの領域の収縮量が小さく、クラック４の溝幅の拡大が抑制される。

【0034】

よって、外力を付与しない場合（図２（ｂ））と外力を付与した場合（図３（ｂ））とでベーキング処理後のクラック４の溝幅を比較すると、外力を付与した場合（図３（ｂ））の方がクラック４の溝幅が小さい（クラック４である黒い線の太さが細い）。実際にクラック４の溝幅の寸法を計測したところ、外力を付与した場合（図３（ｂ））のクラック４の溝幅は、外力を付与しない場合（図２（ｂ））のクラック４の溝幅の２／３程度の大きさであった。

【0035】

ベーキング処理の後、機械的処理により３価クロムめっき膜３の表面仕上げを行う。機械的処理としては、例えば、研削加工や研磨加工である。３価クロムめっき膜３の表面に機械的処理を施すことにより、３価クロムめっき膜３の表面が塑性流動し、クラック４が塞がれる。外力を付与することによってベーキング処理後のクラック４の溝幅の拡大が抑制されているため、表面仕上げによりクラック４が容易に塞がれる。これにより、クラック４を伝って機器内部の流体が外部へ滲み出てしまうことを防止できると共に、３価クロムめっき膜３の耐食性が向上する。これに対して、外力を付与しない場合には、ベーキング処理後のクラック４の溝幅の拡大を抑制することができないため、表面仕上げによりクラック４を完全に塞ぐことができない。結果として、クラック４を伝って流体が外部へ滲み出るおそれがある。

【0036】

以上のようにして、３価クロムめっき膜３が形成され、３価クロムめっき部品１００が製造される。

【0037】

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

【0038】

３価クロムめっき膜３に外力を付与した後、ベーキング処理を施すことによって、ベーキング処理によるクラック４の溝幅の拡大を抑制することができる。よって、クラック４を伝って流体が外部へ滲み出てしまうことを防止でき、３価クロムめっき部品１００の品質が向上する。

【0039】

以下に、本実施形態の変形例について説明する。

【0040】

３価クロムめっき膜３に外力を付与する方法として、上記実施形態で説明した方法に代わり、以下の３つの方法でもよい。
（１）３価クロムめっき膜３の表面に光エネルギーであるレーザー光を照射し、表面で発生するプラズマの衝撃圧力により３価クロムめっき膜３の表面に外力を付与してもよい。
（２）３価クロムめっき部品１００を液体に浸した状態で、液体中に超音波を発生させ、３価クロムめっき膜３の表面に外力を付与してもよい。
（３）３価クロムめっき部品１００を加熱、急冷することにより、３価クロムめっき部品１００に正負の熱エネルギーとして外力を付与してもよい。これにより、３価クロムめっき膜３の内部に応力が発生し、クラック４が増加する。この方法では、鉄鋼母材１と３価クロムめっき膜３の熱膨張係数の違いによっても、クラック４の増加につながる。

【0041】

以下、本発明の各実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

【0042】

流体を封入する機器の摺動部品に３価クロムめっき膜３が形成されてなる３価クロムめっき部品１００の製造方法であって、鉄鋼母材１（母材）又は鉄鋼母材１（母材）の表面に形成されたニッケルめっき膜２（下地めっき膜）に３価クロムめっき膜３を形成する工程と、３価クロムめっき膜３に外力を付与する工程と、外力を付与した後、３価クロムめっき膜３にベーキング処理を施す工程と、を備える。

【0043】

この構成では、３価クロムめっき膜３に外力を付与した後、ベーキング処理を施すことによって、ベーキング処理によるクラック４の溝幅の拡大を抑制することができる。

【0044】

また、３価クロムめっき部品１００の製造方法は、ベーキング処理の後、機械的処理により３価クロムめっき膜３の表面仕上げを行う工程をさらに備える。

【0045】

この構成では、３価クロムめっき膜３に外力を付与することによってベーキング処理後のクラック４の溝幅の拡大が抑制されるため、表面仕上げによりクラック４を容易に塞ぐことができる。

【0046】

また、外力は、冷間加工により付与される。

【0047】

この構成では、冷間加工により外力を付与することにより、クラック４の溝幅を拡大させずに、かつクラック４の数を増やすことができる。

【0048】

また、３価クロムめっき部品１００は、液圧シリンダのシリンダチューブ若しくはピストンロッド、ショックアブソーバのシリンダチューブ若しくはピストンロッド、又はフロントフォークのアウターチューブ若しくはインナーチューブである。

【0049】

この構成では、液圧シリンダ、ショックアブソーバ、及びフロントフォークは内部の流体の圧力が高いが、摺動面である３価クロムめっき膜３の表面のクラック４を通じて流体が外部へ滲み出ることを防止できる。

【0050】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【符号の説明】

【0051】

１００・・・３価クロムめっき部品、１・・・鉄鋼母材、２・・・ニッケルめっき膜、３・・・３価クロムめっき膜、４・・・クラック

【図1】

【図2】

【図3】