(57)【要約】【課題】めっき層に存在するチャンネルクラックを、バフ研磨に頼ることなく容易かつ確実に閉塞できるシリンダ装置の摺動面処理方法を提供する。【解決手段】ピストンロッド４の本体部２０表面に対し、粒径４０〜２００μｍのショットを１００〜３００ｍ／ｓｅｃの噴射速度で噴射し、めっき層に大きな塑性流動を起こしてチャンネルクラックを閉塞する。この際、ロッドストッパのための環状溝１１を含む所定範囲Ｂに対しては、主として強度の向上を目的に、本発明の上限である２００μｍまたはこれに近い粒径のショットを比較的低速（２００ｍ／ｓｅｃ未満）で噴射し、一方、ロッドガイドおよびオイルシールに対する摺動範囲Ａに対しては、油膜形成機能を有するマイクロディンプルの形成を目的に、本発明の下限である４０μｍまたはこれに近い粒径のショットを比較的高速（２００ｍ／ｓｅｃ以上）で噴射するのが望ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質クロムめっきが施されたピストンロッドの表面に、粒径４０〜２００μｍのショットを１００〜３００ｍ／ｓｅｃの噴射速度で噴射することを特徴とするシリンダ装置の摺動面処理方法。
【請求項２】
ピストンロッドがシリンダ装置用であり、その長手方向の途中にメタルフロー接合によりかしめ固定されるロッドストッパのための環状溝を有していることを特徴とする請求項１に記載のシリンダ装置の摺動面処理方法。
【請求項３】
ロッドストッパのための環状溝を含む所定範囲に対し、前記粒径範囲の上限またはこれに近い粒径のショットを２００ｍ／ｓｅｃ未満の噴射速度で噴射し、ロッドガイドおよびオイルシールに対する摺動範囲に対し、前記粒径範囲の下限またはこれに近い粒径のショットを２００ｍ／ｓｅｃ以上の噴射速度で噴射することを特徴とする請求項２に記載のシリンダ装置の摺動面処理方法。
【請求項４】
ピストンロッドの全体に、前記粒径範囲の下限またはこれに近い粒径のショットを２００ｍ／ｓｅｃ以上の噴射速度で噴射した後、ロッドストッパのための環状溝を含む所定範囲に対し、前記粒径範囲の上限またはこれに近い粒径のショットを２００ｍ／ｓｅｃ未満の噴射速度で噴射することを特徴とする請求項２に記載のシリンダ装置の摺動面処理方法。
【請求項５】
シリンダ装置のオイルシールを形成するための金型に、粒径４０〜２００μｍのショットを１００〜３００ｍ／ｓｅｃの噴射速度で噴射して、オイルシールを形成することを特徴とするシリンダ装置の摺動面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧緩衝器、油圧シリンダ等のシリンダ装置に用いられる摺動面の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ツインチューブ式のショックアブソーバ（シリンダ装置）は、図６に示すように、ピストン１を摺動可能に内装した内筒２を有底の外筒３内に納め、ピストン１に一端が連結されたピストンロッド４の他端部を、内筒２および外筒３の開口端部に共通に嵌合したロッドガイド５およびオイルシール６を摺動可能に挿通して外部へ延ばし、内筒２内に封入された油液を、ピストン１に設けたピストンバルブ７および外筒３の内底部に設けたベースバルブ８を流通させて伸び行程および縮み行程の減衰力を発生させ、ピストンロッド４の進入、退出分の油液は内筒２と外筒３との間の、ガスおよび油液が封入されたリザーバ９で補償し、さらにピストンロッド４の伸長端は、その途中に固設したロッドストッパ１０を前記ロッドガイド５に当接させることにより規制する構造となっている。
【０００３】
なお、上記オイルシール６は、図７に示すようにゴム製のシール部６ａに芯金６ｂを一体成形した構造となっている。また、ロッドストッパ１０は、最近では、図８に示すようにピストンロッド４に形成した環状溝１１にメタルフロー接合（塑性流動接合）によりかしめ固定されており（特許文献１参照）、その上面には、リバウンドリバウンドクッション１２が接合されている。また、外筒３の底部には車軸側への取付部となるアイ１３が、ピストンロッド４の先端部には車体側への取付部となるボルト部１３が、外筒３の中間部位にはコイルスプリングを受けるためのばね受１４がそれぞれ設けられている。
【０００４】
ところで、上記したピストンロッド４は、通常、耐摩耗性の向上を目的に、その表面に硬質クロムめっきが施されるが、めっき層には金属素地に達するクラック、いわゆるチャンネルクラックが多数存在し、そのままでは、耐食性の低下が避けられないようになる。そこで、従来一般には、硬質クロムめっき後にバフ研磨を行い、めっき層表面に塑性流動を起こして前記チャンネルクラックを閉塞する対策を採っていた。しかし、このようにバフ研磨によりチャンネルクラックを閉塞する対策によれば、めっき層表面に塑性流動を十分に起こすことが困難なため、チャンネルクラックを完全に閉塞することはできず、その上、バフ研磨に時間を要して生産性の低下が避けられないようになる。
【０００５】
なお、機械部品の耐摩耗性および耐疲労性の向上を目的に行う表面処理方法としては、ショットピーニングがよく知られており、特に粒径４０〜２００μｍの微細なショットを１００ｍ／ｓｅｃ以上の高速で噴射する場合に表面の改質効果が大きいことが報告されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−３５５８号公報
【特許文献２】特開昭６２−２７８２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、上記した微細ショットを高速噴射するショットピーニングに着目し、これを硬質クロムめっきが施されたシリンダ装置のピストンロッドの表面処理に適用することにより、めっき層に存在するチャンネルクラックを閉塞できることを確認した。
【０００７】
本発明は、上記した知見に基づいてなされたもので、その課題とするところは、めっき層に存在するチャンネルクラックを、バフ研磨に頼ることなく容易かつ確実に閉塞できるシリンダ装置の摺動面処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、硬質クロムめっきが施されたシリンダ装置のピストンロッドの表面に、粒径４０〜２００μｍのショットを１００〜３００ｍ／ｓｅｃの噴射速度で噴射することを特徴とする。このように行うシリンダ装置の摺動面処理方法においては、微細ショットの高速噴射によってめっき層表面に大きな塑性流動が起こり、チャンネルクラックが閉塞される。本発明において、ショットの粒径を前記範囲としているのは、あまり小さいと前記塑性流動を起こすエネルギーが不足し、逆にあまり大きいと表面粗さを悪化させるためである。また、噴射速度を前記範囲としているのは、あまり小さいと前記塑性流動を起こすエネルギーが不足し、一方、３００ｍ／ｓｅｃを超える噴射速度を得ることが工業的に困難になるためである。
【０００９】
上記したように微細ショットを高速噴射する摺動面処理（ショットピーニング）によれば、表層部が高強度で靭性に富む微細組織に改質されるので、強度が向上する。一方、油圧緩衝器用のピストンロッドとしては、前記したようにその長手方向の途中にメタルフロー接合によりかしめ固定されるロッドストッパのための環状溝が設けられたものがあり、この環状溝部分はサイズダウンによって強度低下を来す。請求項２に係る発明は、このような環状溝を有するシリンダ装置用のピストンロッドを対象になされたもので、この場合は、微細ショットの高速噴射によって環状溝の内部の表層部が高強度で靭性に富む微細組織に改質され、環状溝の形成でサイズダウンしたことによる強度低下が補われる。また、表層部に圧縮残留応力が生じるので、環状溝部分の疲労強度も向上する。
【００１０】
また、上記した疲労強度を含めた強度の向上に対しては、本発明の粒径範囲内で、ショットとしてより粒径の大きいものを選択し、これを、より低速で噴射するほど効果が大きい。一方、微細ショットを高速噴射するショットピーニングにおいては、ショットとしてより粒径の小さいものを選択し、これを、より高速で噴射すると、ピストンロッドの表面に微細なディンプル（マイクロディンプル）が形成される。このマイクロディンプルは油膜保持機能を有しており、したがって、前記シリンダ装置のピストンロッドに本摺動面処理方法を適用した場合は、ロッドガイドおよびオイルシールに対してピストンロッドが円滑に摺動し、スティックスリップ現象が解消され、結果として減衰力特性が向上するようになる。
【００１１】
請求項３および４に係る発明は、上記した強度の向上とスティックスリップ現象の解消とを考慮してなされたもので、請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、ロッドストッパのための環状溝を含む所定範囲に対し、前記粒径範囲の上限またはこれに近い粒径のショットを２００ｍ／ｓｅｃ未満の噴射速度で噴射し、ロッドガイドおよびオイルシールに対する摺動範囲に対し、前記粒径範囲の下限またはこれに近い粒径のショットを２００ｍ／ｓｅｃ以上の噴射速度で噴射することを特徴とする。また、請求項４に係る発明は、請求項２に係る発明において、ピストンロッドの全体に、前記粒径範囲の下限またはこれに近い粒径のショットを２００ｍ／ｓｅｃ以上の噴射低速で噴射した後、ロッドストッパのための環状溝を含む所定範囲に対し、前記粒径範囲の上限またはこれに近い粒径のショットを２００ｍ／ｓｅｃ未満の噴射速度で噴射することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明では、シリンダ装置を構成するオイルシールを形成するための金型に、上記請求項１と同様のショットピーニングを施したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、微細ショットの高速噴射によってチャンネルクラックが確実に閉塞されるので、耐食性の向上に大きく寄与するものとなる。
【００１４】
また、請求項２に係る発明によれば、長手方向の途中にメタルフロー接合によりかしめ固定されるロッドストッパのための環状溝を有する、油圧緩衝器用ピストンロッドを対象にした場合に、該環状溝部分のサイズダウンによる強度低下が補われ、強度保証が十分となる。
【００１５】
さらに、請求項３または請求項４に係る発明によれば、環状溝部分の強度がより一層向上することに加え、油膜保持機能を有するマイクロディンプルの形成でスティックスリップ現象も解消され、シリンダ装置の性能向上に大きく寄与するものとなる。
【００１６】
また、請求項５に係る発明によれば、オイルシールの摺動面（シリンダ装置の摺動面）に、微細なディンプル（マイクロディンプル）を形成することができるので、これにより、このマイクロディンプルが、さらに油膜を保持することとなり、ピストンロッドがより円滑に摺動し、スティックスリップ現象が解消され、結果としてより適正な減衰力特性が得られるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面も参照して説明する。
本実施形態で対象とするピストンロッドは、前記図６に示したシリンダ装置としてのショックアブソーバに用いられるピストンロッド４であり、図１に示されるように、その本体部２０の一端側には前記ピストン１を取付けるための小径のピストン取付部２１が連設されている。また、前記ロッドストッパ１０をメタルフロー接合によりかしめ固定するための環状溝１１（図８）は、本体部２０の、前記ピストン取付部２１に近接する部位に設けられている。ピストンロッド４の本体部２０は、前記環状溝１１よりも、ピストン取付部２１と反対側へわずか離間した部位Ｐ１と前記車体への取付部となるボルト部１４の連設部位Ｐ２との間が、前記ロッドガイド５およびオイルシール６に対する摺動範囲Ａとなっている。本実施形態においては、ピストンロッド４の本体部２０を、前記摺動範囲Ａと該摺動範囲Ａを除く範囲（環状溝１１を含む所定範囲）Ｂとに二分し、この２つの範囲に対して、後述の異なるショット条件でショットピーニング（摺動面処理）を施すようにしている。
【００１８】
ピストンロッド４は、機械加工後、本体部２０に対する表面硬化処理（例えば、高周波焼入）、環状溝１１の加工（例えば、転造加工）、本体部２０に対する硬質クロムめっき、寸法調整のためのバフ研磨の各工程を経て製作されようになっており、最終的に本発明に係るショットピーニングが本体部２０に対して施される（摺動面処理）。
【００１９】
本実施形態において、ピストンロッド４の本体部２０に対するショットピーニングは、上記したようにロッドストッパ１０のための環状溝１１を含む所定範囲Ｂとロッドガイド５およびオイルシール６に対する摺動範囲Ａとで異なるショット条件を選択する。具体的には、前記環状溝１１を含む所定範囲Ｂに対しては、本発明の粒径範囲の上限である２００μｍまたはこれに近い粒径のショットを、１００〜２００ｍ／ｓｅｃの比較的低速で吹付け、一方、摺動範囲Ａに対しては、本粒径範囲の下限である４０μｍまたはこれに近い粒径のショットを、２００〜３００ｍ／ｓｅｃの比較的高速で噴射する。ここで用いるショットの材種は、ピストンロッド４の表層部の焼入硬さと同等かそれよりも硬い硬さを有して任意であり、焼入スチールはもとより、アルミナ、炭化ケイ素、窒化チタン等の高硬度セラミックス材を用いることができる。
【００２０】
上記のようにピストンロッド４の本体部２０にショットピーニングを施すことにより、本体部２０に形成されためっき層表面に大きな塑性流動が起こり、めっき層に存在するチャンネルクラックが確実に閉塞される。図２は、ショットピーニング後の本体部の表面状態を示したもので、クラックのない表面状態が得られている。したがって、本摺動面処理を施したピストンロッド４は、著しく耐食性に優れたものとなる。因みに、硬質クロムめっき後のめっき層には、図２に示すように多数のチャンネルクラック（白い部分）が見られ、このチャンネルクラックは、寸法調整のためのバフ研磨を行っただけでは確実に閉塞させることはできない。
【００２１】
また、上記したショットピーニングの実施により、比較的粒径の大きい（２００μｍまたはこれに近い粒径）ショットを比較的低速で噴射した所定範囲Ｂでは、環状溝１１の内部の表層部が高強度で靭性に富む微細組織に改質される。この結果、環状溝１１の形成でサイズダウンしたことによる強度低下が補われ、したがってピストンロッド４の強度保証は十分となる。しかも、このショットピーニングによって環状溝１１の内部の表層部に圧縮残留応力が生じるので、疲労強度も向上し、ピストンロッド４の耐久性も十分となる。
【００２２】
一方、比較的粒径の小さい（４０μｍまたはこれに近い粒径）ショットを比較的高速で噴射した摺動範囲Ａには、図４に示すように多数のマイクロディンプルＤが形成される。このマイクロディンプルＤは油膜保持機能を有するので、該ピストンロッド４を実際の油圧緩衝器（図６）に組込んだ場合には、ピストンロッド４の不安定な動き、いわゆるスティックスリップ現象が解消される。すなわち、ピストンロッド４は、ロッドガイド５およびオイルシール６に対して円滑に摺動し、この結果、油圧緩衝器としての減衰力特性が向上する。なお、バフ研磨のみによって表面を仕上げた場合は、図５に示すように、ある程度連続した微細な溝（筋目）Ｅが多数形成され、この場合は、毛管現象により筋目Ｅに沿って油が流動するので、油保持機能はあまり期待できない。
【００２３】
ここで、上記実施形態においては、ロッドガイド５およびオイルシール６に対する摺動範囲Ａと環状溝１１を含む所定範囲Ｂとでショット条件を変更するようにしたが、本発明は、ピストンロッド４の本体部２０の全体に比較的粒径の小さいショットを比較的高速で噴射した後、ロッドストッパ１０のための環状溝１１を含む所定範囲Ｂに対し、比較的粒径の大きいショットを比較的低速で噴射するようにしてもよい。このようにショットピーニングを行う場合にも、めっき層に存在するチャンネルクラックが確実に閉塞されることはもちろん、摺動範囲Ａには前記マイクロディンプルＤが形成される一方で、環状溝１１を含む所定範囲Ｂの強度が高まり、上記実施形態と同様の効果が得られるようになる。
【００２４】
また、本発明は、摺動範囲Ａと環状溝１１を含む所定範囲Ｂとでショット条件を変更することなく、ピストンロッド４の本体部２０全表面に対し、粒径４０〜２００μｍのショットを１００〜３００ｍ／ｓｅｃの噴射速度で一様に噴射するようにしてもよいもので、この場合でも、めっき層に存在するチャンネルクラックは確実に閉塞される。もちろん、この場合でも、ロッドストッパ１０のための環状溝１１を含めて本体部２０の全体の強度が高まるので、強度保証は十分となる。また、条件如何によってはマイクロディンプルが形成されるので、スティックスリップの対策も可能である。
【００２５】
さらに、通常、オイルシール６は金型によって形成されるが、この金型の内側（オイルシールを収納する側）に対しても、上記摺動範囲Ａと同様のショットピーニングを、予め行っておいてもよく、この場合、オイルシール６の摺動面においても、図４に示したマイクロディンプルＤが同様に形成されるので、上記マイクロディンプルＤが形成されたピストンロッド４の摺動範囲Ａと相まって、さらに、スティックスリップ現象が解消され、結果としてより適正な減衰力特性が得られるようになる。
【００２６】
なお、上記実施形態においては、ツインチューブタイプのショックアブソーバ用のピストンロッドを対象にしたが、本発明は、モノチューブ式（ドカルボン式）ショックアブソーバ用のピストンロッドやオイルシールに適用してもよいことはもちろんである。ドカルボン式ショックアブソーバは内圧が高いため、オイルシールが変形し易くスティックスリップ現象が生じ易い、という問題があるので、本摺動面処理方法は特に有用となる。また、本発明は、ショックアブソーバ以外にも、ストラット式油圧緩衝器用のピストンロッドやオイルシール、油圧シリンダ用のピストンロッドやオイルシールを対象にしてもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る摺動面処理方法の対象であるショックアブソーバ（シリンダ装置）用ピストンロッドの形状と摺動面処理の実施範囲を示す正面図である。
【図２】本摺動面処理方法を実施したピストンロッドのめっき層の組織状態を示す写真である。
【図３】硬質クロムめっき後のめっき層に存在するチャンネルクラックの状態を示す写真である。
【図４】本摺動面処理方法を実施したピストンロッドの表面状態を模式的に示す斜視図である。
【図５】従来のバフ研磨を実施したピストンロッドの表面状態を模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明の対象であるシリンダ装置におけるピストンロッドを組込んだショックアブソーバの全体構造を示す断面図である。
【図７】図６に示したショックアブソーバの上部構造を示す断面図である。
【図８】図６に示したショックアブソーバのピストンおよびロッドストッパの組付構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    ピストン
４    ピストンロッド
５    ロッドガイド
６    オイルシール
１０  ロッドストッパ
１１  環状溝
２０  ピストンロッドの本体部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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