(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属母材表面に電気めっき処理を施して、クロム化合物を含む硬質クロムめっき層を被覆形成した金属板の製造方法において、前記硬質クロムめっき層に、該硬質クロムめっき層と同等、またはそれ以上の硬度を有するショット材である粒径５〜３００μｍショット材粒子をブラスト（ピーニング）加工処理機を用い、０．１〜１０Ｍｐａの噴射圧力で、且つ１００ｍ／ｓｅｃ以上で５〜１２０秒噴射して、該ショット材粒子の噴射に伴って発生する熱によって、前記硬質クロムめっき層の表面温度を上昇させて、該硬質クロムめっき層を溶融することにより、粗面化状態にある前記硬質クロムめっき層の表面を平滑にし、表面に生成している微細なクラックを減少、または消滅させるというショットピーニング処理を施して、前記硬質クロムめっき層の被膜硬度がＨｖ１０００〜１８００、表面粗さがＪＩＳ−Ｂ０６０１：２００１規定による算術平均粗さＲａで０．３〜５μｍ、厚みが１０〜２００μｍであって、ピンオンディスク摩擦試験機で、相手材にＷＣボールを使用し、荷重３０〜２００ｇ、摩擦速度３０〜８０ｃｍ／ｓｅｃと変化させ、摩擦距離２５０ｍ一定として測定したチャートから得られた１２０ｍ走行後の平均摩擦係数Ｗがμ＝０．１〜０．５であり、且つ摩擦係数Ｗの最高値Ｘと最低値Ｙの幅が０．１〜０．３の硬質クロムめっき層を備えるようにすることを特徴とする低摩擦性、耐摩耗性を向上させた金属板の製造方法。
【請求項２】
前記クロム化合物を含む硬質クロムめっき層の中に、炭化クロム合金であるＣｒ２３Ｃ６を１〜８重量％含有していることを特徴とする請求項１記載の低摩擦性、耐摩耗性を向上させた金属板の製造方法。
【請求項３】
前記ショット材がセラミックス、スチールまたは硬質ビーズであることを特徴とする請求項１記載の低摩擦性、耐摩耗性を向上させた金属板の製造方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板の製造方法に関し、更に詳しくはアルミニウム、鉄、ＳＵＳ、銅、チタン等の金属母材表面に、硬質クロムめっきを施して硬質クロムめっき層を形成すると共に、更に、該硬質クロムめっき層に微粒子ショットピーニング処理を施すことにより、該金属母材表面の微細なクラックを減少、または消滅させると共に、前記硬質クロムめっきだけでは達成することができなかった前記金属母材表面の低摩擦性、耐摩耗性を一層向上させた金属板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の搬送用部品の軽量化を目的とした場合、軽量で汎用性の高いアルミニウム合金の利用は極めて有効である。しかしながら、前記アルミニウム合金を機能性材料として用いる場合には、機械的強度が充分ではないので、その機械的強度を備えさせるために、従来は、めっき、熱処理、溶射やドライめっき等の各種の表面処理が施されている。
【０００３】
一方、前記アルミニウム合金の外、鉄、ＳＵＳ、銅、チタン等の金属板により形成された機械の摩擦部分や工具類の表面に、クロムを厚くめっきし、耐摩耗性を持たせるということが、下記の非特許文献１に開示されている。また、アルミ系母材から成る摺動部材表面の耐摩耗性向上策として、クロムめっき層の表面にＳｉＣ粒子を分散して埋め込み込むことにより、摺動面の耐摩耗性を向上させる技術が下記の特許文献１に開示されている。更に、下記特許文献１には、アルミ合金から成る摺動部材の表面を摺動性を向上させる目的で、アルミ合金の表面をＮＩ−Ｐめっきした後に、バレル研磨処理やショットブラスト処理、レーザービーム処理を施す処理が開示されている。
【０００４】
【非特許文献１】昭和５１年６月１５日  東洋経済新報社発行「商品大辞典」第１３９頁〜第１４１頁の「クロム」に関する記載
【特許文献１】特開平２−２２１３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来実施されているめっきは、電解めっきと無電解めっきに大別され、いずれも安定しているが、硬度が足りないという課題があった。
【０００６】
更に、前記従来実施されている熱処理は、硬化技術の中心的存在で、何よりも安価であることから、自動車部品等工業用製品で広く使われている。焼入れ、焼き戻しの外に窒化(窒素中で温度を上げることによって金属に浸透させること)や、ショットピーニング(物理的にショットを当て、叩くことによって、焼きを入れる方法)等もあるが、いずれも金属を変形させることが多く、精度の高いものは難しいという課題があった。
【０００７】
また更に、前記従来実施されている溶射は、超硬質材料やセラミックス等を溶融し、表面に射ち、付着させるという方法であるが、内周壁面に付けることが難しいことや、気孔等ができてしまうこともあり、今日アルカリや酸の環境では難しいという課題があり、また高温で溶融させるために変形の問題があり、密着性も乏しく、高圧の環境では、使用が難しいという課題があった。
【０００８】
そして更に、前記従来実施されているドライめっきは、ＰＶＤ（物理的蒸着法）やＣＶＤ（化学的蒸着法）のことを指し、現在最も注目されている技術である。真空中にイオンを放出し、イオンの力で吸着させることとなり、ダイヤモンド等も付ける処理もある。しかしながら、膜厚が薄いことと、密着力が弱いという課題があった。
【０００９】
そして、前記非特許文献１に記載されているように、アルミニウム、鉄、ＳＵＳ、銅、チタン等の金属板について、機械的強度を得る手段として、前記金属母材表面に硬質クロムめっきを施すことが行なわれている。しかしながら、前記硬質クロムめっきは、防錆効果は高いが、耐摩耗用途には厚いめっき層を用いるので、めっき膜の水素脆性、または内部応力による微細なクラックを生じ、該微細なクラックが摺動面などにおいて破砕の原因となると共に、摩擦・摩耗特性に著しく影響を及ぼすという課題があった。
【００１０】
また、前記特許文献１に開示された技術も、摺動部材表面に均一の被覆形成厚さ、表面粗さの要求に応える技術ではなく、耐摩耗性は向上するも満足できるレベルではなかった。更に、前記特許文献１には、本発明者が改良を目的としている金属板のクロムめっき表面の耐摩耗性改質についての記載はなく、然も、めっき表面の微細なクラックの減少、または消滅による摩擦特性および耐摩耗性改善については全く開示されていない。
【００１１】
本発明は前記課題を解決すべくなされたもので、アルミニウム、鉄、ＳＵＳ、銅、チタン等の金属母材表面に硬質クロムめっきを施すと共に、該硬質クロムめっきによって形成された硬質クロムめっき層に、後述する「ＷＰＣ処理」として知られている処理方法によるショットピーニング処理を施すことにより、前記硬質クロムめっき層が保有する微細なクラックを減少、または消滅させ、本来の硬質クロムめっきではなし得なかった前記金属母材表面の低摩擦性、耐摩耗性を一層向上させた金属板の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、金属母材表面に電気めっき処理を施して、クロム化合物を含む硬質クロムめっき層を被覆形成した金属板の製造方法において、前記硬質クロムめっき層に、該硬質クロムめっき層と同等、またはそれ以上の硬度を有するショット材である粒径５〜３００μｍショット材粒子をブラスト（ピーニング）加工処理機を用い、０．１〜１０Ｍｐａの噴射圧力で、且つ１００ｍ／ｓｅｃ以上で５〜１２０秒噴射して、該ショット材粒子の噴射に伴って発生する熱によって、前記硬質クロムめっき層の表面温度を上昇させて、該硬質クロムめっき層を溶融することにより、粗面化状態にある前記硬質クロムめっき層の表面を平滑にし、表面に生成している微細なクラックを減少、または消滅させるというショットピーニング処理を施して、前記硬質クロムめっき層の被膜硬度がＨｖ１０００〜１８００、表面粗さがＪＩＳ−Ｂ０６０１：２００１規定による算術平均粗さＲａで０．３〜５μｍ、厚みが１０〜２００μｍであって、ピンオンディスク摩擦試験機で、相手材にＷＣボールを使用し、荷重３０〜２００ｇ、摩擦速度３０〜８０ｃｍ／ｓｅｃと変化させ、摩擦距離２５０ｍ一定として測定したチャートから得られた１２０ｍ走行後の平均摩擦係数Ｗがμ＝０．１〜０．５であり、且つ摩擦係数Ｗの最高値Ｘと最低値Ｙの幅が０．１〜０．３の硬質クロムめっき層を備えるようにして低摩擦性、耐摩耗性を向上させた金属板の製造方法、を実現することにより、上記課題を解決した。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金属表面の微細なクラックを大幅に減少、または消滅させると共に、表面の低摩擦性、耐摩耗性を一層向上させた金属板の製造方法、特に機械の摩擦部分や工具類の表面、摺動部材の表面に使用され、または、合成繊維の製造に用いる部材である延伸ローラ、延伸板、延伸ピン、糸道規制ガイド等に使用するのに最適な金属板の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明につき詳細に説明する。本発明は、金属母材表面に電気めっき処理を施して、クロム化合物を含む硬質クロムめっき層を被覆形成した金属板の製造方法において、株式会社不二製作所の特許第１５９４３９５号（特公平２−１７６０７号）「金属成品の表面加工熱処理法」であって、商標名「ＷＰＣ処理」（登録商標第３０８１８０５号）として知られているショットピーニング処理、すなわち、前記硬質クロムめっき層に、該硬質クロムめっき層と同等、またはそれ以上の硬度を有するショット材である粒径５〜３００μｍショット材粒子をブラスト（ピーニング）加工処理機を用い、０．１〜１０Ｍｐａの噴射圧力で、且つ１００ｍ／ｓｅｃ以上で５〜１２０秒噴射して、該ショット材粒子の噴射に伴って発生する熱によって、前記硬質クロムめっき層の表面温度を上昇させて、該硬質クロムめっき層を溶融することにより、粗面化状態にある前記硬質クロムめっき層の表面を平滑にし、表面に生成している微細なクラックを減少、または消滅させるというショットピーニング処理を施して、前記硬質クロムめっき層の被膜硬度がＨｖ１０００〜１８００、表面粗さがＪＩＳ−Ｂ０６０１：２００１規定による算術平均粗さＲａで０．３〜５μｍ、厚みが１０〜２００μｍであって、ピンオンディスク摩擦試験機で、相手材にＷＣボールを使用し、荷重３０〜２００ｇ、摩擦速度３０〜８０ｃｍ／ｓｅｃと変化させ、摩擦距離２５０ｍ一定として測定したチャートから得られた１２０ｍ走行後の平均摩擦係数Ｗがμ＝０．１〜０．５であり、且つ摩擦係数Ｗの最高値Ｘと最低値Ｙの幅が０．１〜０．３の硬質クロムめっき層を備えるようにした金属板の製造方法であって、低摩擦性、耐摩耗性を向上させることを特徴とするものである。なお、ここでいう金属板とは、母材であるアルミニウム、鉄、ＳＵＳ、銅、チタン等の金属の表面が、クロム化合物で電気めっきされたもののすべてを含む。
【００１５】
以下、本発明の実施例につき、詳細に説明するが、説明の便宜上、本発明金属板は、合成繊維製造機に用いられるものとして説明する。なお、ここで合成繊維製造機に用いられる金属板とは、合成繊維を製造するための紡糸、延伸および巻き取り装置群から成る製糸プロセスにおいて用いられる延伸ローラ、延伸熱板、延伸ピン、糸道規制ガイド等、合成繊維糸条と接触走行させながら紡糸、延伸することを目的とした機器を構成する金属板のすべてを含むものである。
【００１６】
本発明金属板は、金属母材表面に被覆形成した硬質クロムめっき層が、被覆形成硬度（常温Ｈｖ）が１０００〜１８００の範囲内にあることが好ましい。より好ましくは、Ｈｖ１５００〜１８００の範囲である。Ｈｖ１０００未満では、例えば、溶融ポリマーに酸化チタン、酸化マグネシウム、カーボンブラック、およびベンガラ等の無機の添加剤を含む繊維糸条を延伸する場合に、摩耗が顕著に起きる。すなわち、本発明の目的とする耐摩耗性の高い金属板は得られない。
【００１７】
一般的には、クロムめっき層の被覆硬度は、炭化クロム合金であるＣｒ２３Ｃ６の生成量によって決定される。クロムめっき加工処理で、金属板のクロムめっき層の被膜硬度をＨｖ１０００〜１３００未満の範囲にするには、クロムめっき層の、特に表面もしくは表面に近い部分、または、クロムめっき層全体に炭化クロム合金であるＣｒ２３Ｃ６の生成量を多くすることが重要である。一般的なクロムめっきは、大きな内部応力と水素（Ｈ）を多量に吸蔵したクロム（Ｃｒ）単体が生成するのに対し、本発明における硬質クロムめっきは、前記した化合物から成る高純度の炭素（Ｃ）を含む高分子化合物等の混合触媒を用いることで、分子間結合度の高い炭化クロム合金を、特にめっき表層部に多く被覆形成し、また、めっき層内部にまで高濃度生成ができるので高硬度の硬質クロムめっき層を得ることが可能となる。
【００１８】
しかし、本発明者が目的とする耐摩耗性を有する金属板とするには、前記した硬質クロムめっき処理だけでは達成できない。そこで、本発明者は、更に高いクロムめっき層の被膜硬度の金属板を得るための方法として、硬質クロムめっき処理した後に、前記硬質クロムめっき層に、該硬質クロムめっき層と同等、またはそれ以上の硬度を有するショット材である微粒子状のショット材をブラスト（ピーニング）加工処理機を用いて噴射して表面加工熱処理をするという、前記特許発明で、「ＷＰＣ処理」として知られているショットピーニング処理を施すことを見出した。すなわち、被膜硬度を向上させる手段として、前記ショットピーニング処理が有効であることが判った。
【００１９】
次に、本発明で採用するショットピーニング処理について述べる。前記したように、本発明金属板の表面の硬質クロムめっき層を、規定の被膜硬度と平均摩擦係数Ｗを有する表面形態にするには、めっき処理した後に、前記ショットピーニング処理を施すことが必須条件である。
【００２０】
すなわち、本発明で採用するショットピーニング処理とは、金属母材表面にクロム化合物で電気めっきされた硬質クロムめっき層に、該硬質クロムめっき層と同等、またはそれ以上の硬度を有するショット材である粒径５〜３００μｍショット材粒子をブラスト（ピーニング）加工処理機を用い、１００ｍ／ｓｅｃ以上で５〜１２０秒噴射して、粗面化状態にある硬質クロムめっき層の表面を平滑にし、表面に生成している微細なクラックを減少、または消滅させる処理方法である。
【００２１】
図１は、前記ショットピーニング処理を施す前の硬質クロムめっき表面の電子顕微鏡写真であり、該硬質クロムめっき表面に無数の微細なクラックが存在していることが判る。図２は、ショットピーニング処理を施した後の硬質クロムめっき表面の電子顕微鏡写真であり、ショットピーニング処理によって前記微細なクラックが大幅に減少、または消滅していることが判る。
【００２２】
図３に示すように、金属母材１の表面に硬質クロムめっき処理を施して硬質クロムめっき層２を形成すると、該硬質クロムめっき層２に微細なクラック３が発生して、該微細なクラック３に基因する逆三角形溝状の風孔４が出現する。
【００２３】
そして、前記ショットピーニング処理により、微細なクラックの減少、または消滅現象のメカニズムは明確ではないが、図４の矢印で示すように、ショット材５を硬質クロムめっき層２に噴射するに伴って発生する熱により、硬質クロムめっき層２の表面温度が上昇して、前記硬質クロムめっき層２を溶融させて、該硬質クロムめっき層２の一部をクロムめっきにより発生した微細なクラック３に基づいて出現した風孔４に埋入して、該風孔４を封孔して平滑な面に変化すると同時に、表面に存在する微細なクラック３が潰されて、換言すれば、めっき層表面が塑性変形を受けて微細なクラック３が減少、または消滅したものと考えられる。
【００２４】
前記ショット材としては、セラミックス、スチール、硬質ビーズ等が使用されるが、この中でも、硬質クロムめっき層の硬度より硬い素材であるセラミックスが最も好ましい。硬質クロムめっき層の被膜硬度より柔らかいものでは、該硬質クロムめっき層の表面形態を平滑な面に変化させる効果は得られない。従って、前記ショットピーニング処理に使用するショット材は、硬質クロムめっきの硬さに応じた材料を選択することが重要である。
【００２５】
また、ショット材粒子の大きさは５〜３００μｍの範囲にあることが重要である。５μｍより小さいと被膜硬度の高い硬質クロムめっき層を有する金属板が得られない。          
【００２６】
更に、本発明で採用するショットピーニング処理に於ける噴射圧力が、０．１〜１０Ｍｐａであることが好ましい。０．１Ｍｐａより小さいと被膜硬度の高い硬質クロムめっき層を有する金属板が得られない。一方、１０Ｍｐａを越えると、硬質クロムめっき層を破壊してしまう恐れがあり好ましくない。従って、前記したように、噴射圧力は、０．１〜１０Ｍｐａ範囲で、硬質クロムめっき層の材料に応じた条件を採用することが望ましい。
【００２７】
また、前記した噴射圧力によるおける前記ショットピーニング処理時間は、５〜１２０秒の範囲が望ましく、前記した噴射圧力と噴射時間の関係を事前にあらかじめ実験により調査しておき、生産性と金属板の使用目的等を考慮したバランスの良い条件を採用することが望ましい。    
【００２８】
また、本発明金属板の製造方法においては、前記のように金属母材表面に被覆形成した硬質クロムめっき層のピンオンディスク摩擦試験機で測定した１２０ｍ走行後の平均摩擦係数Ｗがμ＝０．１〜０．５であることが必須要件である。
【００２９】
図５は、ピンオンディスク摩擦試験機で測定した前記ショットピーニング処理（負荷荷重５０ｇ、摩擦速度３０ｃｍ／ｓｅｃ、摩擦距離３００ｍ）を施したクロムめっき表面の摩擦係数（μ）の経時変化を示すチャートである。また、図６は、前記ショットピーニング処理を施す前のクロムめっき表面の摩擦係数（μ）の経時変化を示したチャートである。１２０ｍ走行後の平均摩擦係数Ｗは、このチャート上から１２０ｍ走行後の摩擦係数の最高値Ｘと最低値Ｙを読み取り、下記式から求めたものである。
平均摩擦係数Ｗ＝（摩擦係数の最高値Ｘ＋摩擦係数の最低値Ｙ）÷２
【００３０】
硬質クロムめっき層の摩擦係数が高いものは、クロム表面の摩耗が促進されやすい。例えば、相手材である金属、プラスチック材、または繊維糸条等との接触により、表面が削り取られやすくなるため、耐摩耗性という観点では好ましくない。このように金属板の摩擦特性を重視する場合は、硬質クロムめっき表面の摩擦係数（μ）が、０．６を越えないようにコントロールすることが重要である。
【００３１】
しかし、前記したように摩擦特性だけを重視した場合は、摩擦係数は低い方が好ましいが、例えば、金属板により合成繊維製造機に用いられる延伸ローラ等が形成されている場合は、ローラ上で糸条が滑り過ぎて延伸のための把持が出来なくなり、目的とする糸条の延伸が出来なくなるなどの問題がある。
【００３２】
従って、硬質クロムめっき表面の摩擦係数（μ）は、０．６を下回らなければ、耐摩耗性が特に大きく低下することはなく、規定した範囲で金属板の使用目的に応じた摩擦係数を設定することが大変重要である。また、前記硬質クロムめっき表面の摩擦係数は、ピンオンディスク摩擦試験機で測定したチャートから得られた１２０ｍ走行後の平均摩擦係数Ｗがμ＝０．１〜０．５であり、且つ摩擦係数Ｗの最高値Ｘと最低値Ｙの幅が０．１〜０．３であることが好ましい。この範囲を外れると、目的とする耐摩擦性の優れた金属板が得られないことがある。なお、摩擦係数の最高値Ｘと最低値Ｙの幅は、前記図５および図６のピンオンディスク摩擦試験機で測定したチャートから求めた値である。
【００３３】
そこで、本発明者は前記摩擦係数値を下げるには如何にしたらよいか鋭意研究を重ねた結果、前記したように、金属板の表面に硬質クロムめっき加工した後に、前記ショットピーニング処理を施すことが不可欠条件であるとの結論に達した。
【００３４】
金属表面を単に硬質クロムめっきしたものは、該硬質クロムめっき表面に微細なクラックが存在する。研究を進めて行く課程で、前記微細なクラックの存在が表面摩擦係数に影響していることが判ってきた。硬質クロムめっき表面に微細なクラックが多いほど摩擦係数が高く、該硬質クロムめっき表面の摩耗が促進される。従って、耐摩耗性を向上させるためには、硬質クロムめっき表面の微細なクラックをできる限り減少、または消滅させて、摩擦係数を下げることが非常に重要であることが判った。硬質クロムめっき加工された表面に無限に存在する微細なクラックは、硬質クロムめっき表面を前記ショットピーニング処理することで大幅に減少、または消滅することは前記した通りである。
【００３５】
以上のように、耐摩耗性を向上させる手段としては、硬質クロムめっき層の被膜硬度を上げると同時に、表面摩擦係数を下げることが必須要件となる。
【００３６】
本発明金属板は、前記のように金属母材表面に被覆形成した硬質クロムめっき層の表面粗さを、ＪＩＳ−Ｂ０６０１：２００１に規定された方法で表示するとき、算術平均粗さＲａを、０．３〜５μｍにすることが好ましい。このときの粗さ測定には、触針走査式粗さ測定器が使用される。
【００３７】
また、金属板の表面粗さは、例えば合成繊維製造機に用いられる部材が延伸ローラの場合、生産する繊維糸条の単糸太さによって決定される。単糸太さが細い繊維糸条を延伸する際に、算術平均粗さＲａが大きい（粗い）表面粗さを選定し、繊維糸条を延伸したとすると、繊維糸条は張力により延伸ローラ表面の大きく選定された梨地状の粗さの谷部に脱落し、蛇行しながら繊維糸条は移送される。従って、延伸ローラ表面の糸との摩擦抵抗が増大し、毛羽や単糸切れ、または糸切れを発生させてしまうことがある。
【００３８】
一方、単糸太さが細い繊維糸条を延伸する際に、算術平均粗さＲａが小さい（細かい）表面粗さを選定し、前記と同条件で繊維糸条を延伸したとすると、延伸ローラ表面の糸との接触面積は大きいことから、延伸ローラ表面の糸との摩擦抵抗が増大し、必要以上に延伸され繊維糸条の限界倍率を超えると糸切れを発生させてしまうことがある。また、摩擦抵抗が増大することで、相手材である糸条との耐摩耗性が悪くなるため、算術平均粗さＲａを０．３以下にするのは好ましくない。従って、前記したように、金属板の使用目的に応じたクロムめっき表面の粗さになるよう設計することが重要である。
【００３９】
前記した表面粗さを得る手段として、本発明の金属板表面のクロムめっき層を規定の表面粗さにするには、めっき処理する前にブラスト処理を行なう。
一般的にブラスト処理とは、圧縮した空気（０．２〜０．５ＭＰａ）を利用し、ブラスト材料（アルミナグリッド、エメリ(砂)、ＳＵＳボール、ガラスビーズ等）を金属母材の表面に吹き付けて（衝突させて）金属母材表面を粗面化する。その結果、前記延伸部材の表面には、無数のランダムな配列からなるダル（山・谷形状）が形成される。
【００４０】
前記延伸部材の表面は鋭くエッジ立ったダルであるため、このままの状態で硬質クロムめっき処理を施すと下地を反映し微細突起数の多いクロムめっき層を被覆形成してしまう。また、ブラスト材粒子の大きさは厳密には一定ではなく、規定の範囲のある粒子の集合体から構成されている。すなわち、ブラスト処理で得られた表面粗さも一定ではなく、ブラスト材の粒度バラツキが反映される。前記したような問題を回避するため、ブラスト処理した後に、更に金属母材の表面を研磨加工することが重要である。
【００４１】
次に、炭化クロム合金であるＣｒ２３Ｃ６を含有するクロム（Ｃｒ）化合物を被覆形成させるためのクロムめっきの詳細について説明する。金属母材表面を無水クロム酸液中の電気めっき処理によってクロムめっき層を被覆形成する金属板の製造方法において、該電気めっき処理時に用いる整流器のリップル含有率を５％以下に制御し、且つ電流密度が２０〜２２０Ａ／ｄｍ２で処理することが重要である。
【００４２】
本発明で用いる電気めっき法でのクロムめっきの被覆形成方法は、特殊浴（サージェント浴改）を用いることで可能となる。浴成分としては、無水クロム酸と高純度の炭素（Ｃ）を含む高分子化合物から成る粉末を混合させ、浴温度６０℃前後で処理する。炭化クロム合金であるＣｒ２３Ｃ６を含有するクロム（Ｃｒ）化合物を被覆形成させるには、通常のクロムめっきの約２〜２．５倍の電流密度（４０〜２２０Ａ／ｄｍ２）が必要である。
【００４３】
めっき処理で重要なことは、処理する基材の表面積に合わせ、最適電流密度の条件を選定し、また整流器でのリップル発生率を如何に抑えるかである。
そして、一般的に、電気めっきは直流で行われる。そのためには交流から直流に変換する必要があり、その機能を整流器で行う。この整流器は、スイッチングタイプとインバータタイプとに大きく分類され、前者は、半導体によって、交流の電気を交互にスイッチすることによって、陰陽極をそれぞれ拾い出し（ピックアップ）、直流に変換するタイプである。このとき、前記交流の電気を交互にスイッチすることによってノイズが生じるため、良い波形が得られないことから、普通は電気めっき法での整流器としてはあまり用いられてない。
【００４４】
後者は、交流の電気をインバータによって交流から直流に変化する。そのことからノイズの発生が少ない上、更に周波数を増幅することで、省電力で大きな直流電流を発生させることが可能である。従って、電気めっき法の整流器はインバータタイプを選定することが好ましい。
【００４５】
また、この時に用いられる高純度の炭素（Ｃ）を含む高分子化合物とは、デンプン、セルロース、タンパク質、天然ゴム、ポリエチレン、ナイロン、合成ゴム、フェノール樹脂、尿素樹脂から構成される炭素化合物を含む高分子化合物のいずれかでありであり、これを無水クロム酸（ｐＨ２〜４）に混合した液で電気めっき処理すると、炭化クロム合金であるＣｒ２３Ｃ６の生成量が多く、高硬度のクロム（Ｃｒ）化合物を被覆形成させることが可能となる。
【００４６】
前記クロム化合物を含む硬質クロムめっき層の中には、炭化クロム合金であるＣｒ２３Ｃ６を１〜８重量％含有していることが好ましい。１重量％を下回ると、クロムめっき層の硬度が低くなり、前記延伸部材表面の摩耗性が劣る方向にあり、一方、８重量％を越えるとクロムめっき層の硬度が硬くなり、衝撃などに対して脆くなるので好ましくない。
【００４７】
次に、本発明における硬質クロムめっき層の被覆形成厚みは、１０〜２００μｍが好ましい。更に、好ましくは３０〜１００μｍである。なお、１０μｍ未満の被覆厚みのめっき処理は、現時点では膜厚さが均一に制御不可等の問題もあり実用化は難しい。また、打撲等機械的に損傷を受たり、耐摩耗性等の耐久性も不十分なことがある一方、２００μｍを越える厚みは、既に効果が飽和しており、めっき処理のコストが高くなるため好ましくない。
【００４８】
本発明金属板は、金属母材表面にクロム（Ｃｒ）化合物を電気めっきした硬質クロムめっき層を被覆形成している。金属母材の材質は、金属であれば特に限定されないが、好ましくはクロムモリブデン鋼、機械構造用炭素鋼などの鋼材、また水分の多いところに配置される延伸部材にはステンレススチールが好んで使用される。
【００４９】
次に、本発明金属板の製造方法を説明するが、金属板の製造方法はこれに限定されるものではない。本発明製造方法によって得られる金属板は、次の（１）〜（１０）の製造工程によって製造される。すなわち、（１）研磨工程、（２）金属板の母材表面清浄工程、（３）アルカリ洗浄工程、（４）ブラストで粗面化する粗さ調整工程、（５）研磨工程、（６）水洗工程、（７）クロムめっき処理工程、（８）ショットピーニング処理工程、（９）研磨工程、（１０）表面洗浄工程を経て金属板が完成する。各工程の詳細を以下に説明する。
【００５０】
（１）第１工程の研磨工程により金属母材表面に研磨加工（鏡面研磨）を施す。研磨加工に使用する研磨材は、人造ダイヤモンド（工業用ダイヤモンド）、アルミナ、青棒（Ｃｒ２Ｏ３）、トリポリ等が好ましく、これにより鏡面状態にまで研磨する。ここで鏡面状態とは、算術平均粗さＲａで、０．０５〜０．２μｍにすることである。この鏡面研磨の処理は、（４）第４工程のブラストで粗面化する粗さ調整工程での、基材全面の粗さにムラなく仕上げるために、先ず、めっきする母材表面を研磨し均一な粗さ（鏡面）状態にしておくことが重要である。また、合成繊維製造機における延伸部材の真円度を製作公差内にする意味もある。
【００５１】
（２）第２工程の金属母材の表面清浄工程は、クロムめっき金属板の母材表面に被覆形成を形成し易くするためのもので、先ずエタノール、シンナー、トリクロル、エチレン等の有機溶剤洗浄により金属母材表面を脱脂する。洗浄液としては、安全性や環境面からエタノールが好ましい。
【００５２】
（３）第３工程のアルカリ洗浄工程で、更にクロムめっき層と金属母材表面の密着力を向上させるため、アルカリ洗浄（浸せき脱脂）する。金属板表面の油分を鹸化し、乳化させ、膨潤させて取り除くことにより密着力が高まる。
【００５３】
（４）第４工程のブラスト処理で粗面化する粗さ調整工程で、ブラスト処理により粗面化する算術平均粗さＲａは、０．３〜５μｍである。ただし、この工程は金属板表面を粗面化しない場合には省略される。前記粗面化に使用するブラスト材料としては、アルミナグリッド、エメリ(砂)、ＳＵＳボール、ガラスビーズ等が好ましいが、このうちでも特にアルミナグリッド、エメリ(砂)が好ましい。ブラスト処理の方法としては、金属板を回転台の上で回転させながら加工するとよい。このときブラスト材料を噴射するトーチ（ガン）は、金属板に直角に配置し、このトーチを金属板の軸方向に往復運動させながら、金属板の表面に均一にブラスト材が当たるようにするのがよい。その際の吹き付け圧は、０．２〜０．５ＭＰａで行うとよい。
【００５４】
（５）第５工程の研磨工程は、前記（４）第４工程で得られた金属板表面の鋭くエッジ立ったダルを仕上げるため研磨加工するものであって、前記（１）第１工程で行った研磨工程とは意味が異なる上、研磨材も当然ながら異なったものを用いる。この研磨工程によって、異常な突起を下地の段階で修正（ピークカット）することで飛躍的に微細突起の発生を抑制するこができる。好ましい範囲は、ダルの高さの約０．７〜２割を研磨し、更に好ましくは０．９〜１．３割である。前記研磨材は、不織布、麻布、ペーパータオル等の生地の目の細かい、ソフトな素材が好んで用いられる。
【００５５】
（６）第６工程の水洗工程では、前記（４）、第４工程および（５）第５工程の際に、金属板表面に付着したブラストの残留物を、十分に除去する必要がある。この残留物がある状態で、めっき処理を施すと、残留物を包み込んだ状態で被覆形成されることになり、規定範囲内の粗さ形態に収まらないと共に、微細な異常突起となるので、残留物を除去するのである。前記残留物を除去するため、高圧水で洗浄することが好ましい。前記高圧水の圧力は、０．５〜１．５ＭＰａで行うと効果的である。その後、常温または加熱エアーで乾燥させると更によい。
【００５６】
（７）第７工程で、炭化クロム合金であるＣｒ２３Ｃ６を含有するクロム（Ｃｒ）化合物を電気めっきで被覆形成させる。前記電気めっきは、特殊浴（サージェント浴改）を用いる。浴成分としては、無水クロム酸と高純度の炭素（Ｃ）を含む高分子化合物から成る粉末を混合させ、浴温度６０℃前後で処理し、被覆形成時間はクロムめっき層の厚みが、１０〜２００μｍにするためには、２〜８時間処理し被覆形成される。炭化クロム合金であるＣｒ２３Ｃ６を含有するクロム（Ｃｒ）を被覆形成させるには、通常のクロムめっきの約２〜２．５倍の電流密度（４０〜２２０Ａ／ｄｍ２）が必要である。
【００５７】
前記図３において示すように、金属母材１の表面に硬質クロムめっきを施して、硬質クロムめっき層２を形成するが、金属母材１の水素脆性や内部応力で前記硬質クロムめっき層２に無数の微細なクラック３が発生して、該クラック３に起因する逆三角形溝状の多数の風孔４が形成される。そして、前記風孔４は、摺動面などにおいて破砕の原因となり、また摩擦・摩耗特性に著しく影響を及ぼすことになる。
【００５８】
そして、前記風孔４が金属母材１の摩擦特性および摩耗特性に影響を与えるのを阻止し、前記金属母材１の表面の低摩擦性、耐摩耗性を向上させるため、前記図４において示すように、本発明の必須要件である（８）第８工程のショットピーニング処理で、前記風孔４を封孔して、硬質クロムめっき層２の微細なクラック３を減少、または消滅させて、前記硬質クロムめっき層２の最表面を平滑化する。平滑化に使用するショット材料としては、前記したように、セラミックス、スチール、硬質ビーズ等が使用されるが、この中でも、クロムめっき層の硬度より硬い素材であるセラミックスが最も好ましい。
【００５９】
前記ショットピーニング処理はブラスト処理と同じく、金属板を回転台の上で回転させながら加工するとよい。このとき、ショット材を噴射するトーチ（ガン）は金属板に直角に配置し、このトーチを金属板表面に往復運動させながら、金属板に表面に均一にショット材が当たるようにするのがよい。その際の吹き付け圧は、０．２〜０．５ＭＰａで行うとよい。
【００６０】
前記（８）第８工程のショットピーニング処理により、ショット材を硬質クロムめっき層に噴射するに伴って発生する熱により、該硬質クロムめっき層の表面温度が上昇した硬質クロムめっき層を溶融させて、該硬質クロムめっき層の一部をクロムめっきにより発生した微細なクラックに基づく風孔に埋入して該風孔４を封孔して、前記硬質クロムめっき層の最表面を平滑化して、前記微細なクラックを減少、または消滅させる。
【００６１】
その後、（９）第９工程の研磨工程で、前記（８）第８工程で得られた金属板の硬質クロムめっき表面を、前記（１）第１工程の研磨工程と同じ方法で研磨加工（鏡面研磨）を施す。
【００６２】
そして、（１０）第１０工程の洗浄工程でよく湯洗した後、乾燥させることにより、本発明金属板が得られる。なお、前記硬質クロムめっき表面は、加熱エアーで乾燥させることが好ましい。また、界面活性剤、水溶性シリコン、フッ素系溶剤などを添加した水切り乾燥剤を用いることが更に好ましい。
【００６３】
本発明者は、本発明製造方法によって得られた金属板につき、ピンオンディスク摩擦試験機によって、摩擦係数の変化を測定して摩耗特性が改善されたか否かをテストした。
【００６４】
テストに用いた試料は、市販の７０７５系アルミニウム合金である。５×５０ｍｍの円盤状に機械加工した後、３０μｍのクロムめっきを施し、ラッピング処理によってＲｍａｘ０．３μｍの表面粗さに仕上げた。前記ショットピーニング処理は圧力を０．２及び０．５Ｍｐａ、５〜１２０秒間セラミックス噴射によって行った。また、摩擦係数の検討には、ピンオンディスク摩擦試験機を用い、相手材にＷＣボールを使用し、荷重３０〜２００ｇ、摩擦速度３０〜８０ｃｍ／ｓｅｃと変化させ、摩擦距離２５０ｍ一定で行った。その後、摩擦面などＸ線回帰分析器で観察し、摩擦係数との関わりを調べた。
【００６５】
図７は、前記ショットピーニング処理における圧力とショット時間を変えた場合の硬さ分布曲線を示したものである。この結果によると、表面硬さはショットによって顕著な差は認められないが、硬化層深さは圧力が高く、且つ処理時間が長いほど内部まで硬化する傾向を示す（図中の数字、例えば２５は０．２Ｍｐａ／５ｓｅｃ、５３０は０．５Ｍｐａ／３０ｓｅｃショットを表わす）。また、表面に生成していた微細なクラックはショット圧力が高く、時間が長くなると塑性変形を受けて減少する傾向を示す。図８・９に示す写真（×５００）は０．５Ｍｐａによるショットの一例を示したものであり、図８は０．５Ｍｐａ／５ｓｅｃショットしたもので、微細なクラックが残存している場合、図９は０．５Ｍｐａ／３０ｓｅｃショットしたもので、微細なクラックが完全に消えている場合である。しかしながら、摩擦係数に大きく影響を及ぼすと考えられる表面の粗さは、圧力が高く、処理時間が長くなるに従い粗になる傾向を示した。
【００６６】
図１０・図１１は、それぞれショット圧力および噴射時間を変え、負荷荷重１００ｇ、摩擦速度８０ｃｍ／ｓｅｃ一定とした場合の摩擦係数の変化を示したものである。図１０に示す圧力０．２Ｍｐａの場合は、噴射時間に関係なく初期の段階では表面粗さに影響され、高い摩擦係数を示すが、摩擦距離が１００ｍ前後になると、接触面が馴染みを生じ急激に低下する。これに対し、図１１に示す０．５Ｍｐａの場合は、噴射時間が短いと０．２Ｍｐａと同様な傾向を示すが、時間が長くなると表面粗さが大きいにも関わらず、初期の段階から粗さの影響を受けず、定常的な摩擦パタンを示し、摩擦係数（μ）も０．３程度に減少する。また、接触面に生ずる黒色の摩擦粉は分析の結果、タングステンを含んだ酸化物であることが判った。クロムめっき前の表面粗さ（Ｒｍａｘ２〜２５μｍ）、負荷荷重（１０〜２００ｇ）、摩擦速度（１０〜８０ｃｍ／ｓｅｃ）を変えた実験においては、表面が細かく、軽荷重で摩擦速度が小さくなると、０．１５〜０．２５の低い摩擦係数（μ）を示す結果が得られている。
【００６７】
而して、硬質クロムめっき後、前記ショットピーニング処理を行い摩擦特性を検討したところ、以下のような結果を得た。
１）ショット圧力が高く、処理時間が長くなるほど深い硬化層が得られる。
２）表面は、硬さとは逆に圧力が高く、時間が長くなるほど粗くなる傾向を示す。
３）初期摩擦係数においては、ショット圧力、処理時間の相違によって、接触面の表面粗さに大きく影響され、高い摩擦係数を示すが、馴染みを生ずると急激に減少し、摩擦時間の経過に伴って再び上昇する。
４）微粒子によるショット条件によっては、めっき過程で生じる微細なクラックを封孔でき、未ショット材と比較し、６０％強摩擦係数が低下する結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明低摩擦性、耐摩耗性を向上させた金属板の製造方法において、ショットピーニング処理を施す前の硬質クロムめっき表面の電子顕微鏡写真（×５００）である。
【図２】本発明低摩擦性、耐摩耗性を向上させた金属板の製造方法において、ショットピーニング処理を施した後の硬質クロムめっき表面の電子顕微鏡写真（×５００）である。
【図３】本発明低摩擦性、耐摩耗性を向上させた金属板の製造方法において、金属母材表面に硬質クロムめっきを施した状態を示す拡大断面図である。
【図４】本発明低摩擦性、耐摩耗性を向上させた金属板の製造方法において、金属母材表面に硬質クロムめっきを施した後、ショットピーニングしている状態を示す拡大断面図である。
【図５】本発明低摩擦性、耐摩耗性を向上させた金属板の製造方法において、ショットピーニング処理を施した後の硬質クロムめっき表面の摩擦係数（μ）の経時変化を示すチャートである。
【図６】本発明低摩擦性、耐摩耗性を向上させた金属板の製造方法において、ショットピーニング処理を施す前のクロムめっき表面の摩擦係数（μ）の経時変化を示すチャートである。
【図７】本発明低摩擦性、耐摩耗性を向上させた金属板の製造方法において、ショットピーニング処理における圧力とショット時間を変えた場合の硬さ分布曲線図である。
【図８】本発明低摩擦性、耐摩耗性を向上させた金属板の製造方法において、ショットピーニング処理における圧力とショット時間を、０．５Ｍｐａ／５ｓｅｃとした場合の硬質クロムめっき表面の電子顕微鏡写真（×５００）である。
【図９】本発明低摩擦性、耐摩耗性を向上させた金属板の製造方法において、ショットピーニング処理における圧力とショット時間を、０．５Ｍｐａ／３０ｓｅｃとした場合の硬質クロムめっき表面の電子顕微鏡写真（×５００）である。
【図１０】本発明低摩擦性、耐摩耗性を向上させた金属板の製造方法において、ショット圧力および噴射時間を変え、負荷荷重１００ｇ、摩擦係数８０ｃｍ／ｓｅｃを一定とした場合の摩擦係数の変化を示す図である。
【図１１】本発明低摩擦性、耐摩耗性を向上させた金属板の製造方法において、ショット圧力および噴射時間を変え、負荷荷重１００ｇ、摩擦係数８０ｃｍ／ｓｅｃを一定とした場合の摩擦係数の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  金属母材
２  クロムめっき層
３  微細なクラック
４  風孔
５  ショット材
【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】
0004394050.tif 000008
【図８】
0004394050.tif 000009
【図９】
0004394050.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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