(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材境界面に２層以上の硬質クロムめっき層からなる硬質クロムめっき皮膜を設けた摺動部材において、
各硬質クロムめっき層には、当該硬質クロムめっき層の外面側に開口する微細亀裂が分布していると共に、
各硬質クロムめっき層の微細亀裂は深さ方向に関して、自己の開口部が存在する層内で停止している部分と、自己の開口部が存在する層よりも下の硬質クロムめっき層内にまで延びている部分とを含んでおり、
前記硬質クロムめっき皮膜の断面における微細亀裂の面積比率で表される微細亀裂量の内訳は、自己の開口部が存在する層内で停止している部分が１．５〜３５．０％の範囲、自己の開口部が存在する層よりも下の硬質クロムめっき層内にまで延びている部分が０．５〜２５．０％の範囲、及び、全体の微細亀裂量が２．０〜４０．０％の範囲にあり、
各硬質クロムめっき層の厚さが５．０〜３０．０μｍの範囲にあり、且つ、前記微細亀裂の開口部幅が０．２μｍ以下であることを特徴とする、クロムめっき摺動部材。
【請求項２】
母材境界面に２層以上の硬質クロムめっき層からなる硬質クロムめっき皮膜を設けた摺動部材において、
各硬質クロムめっき層には、当該硬質クロムめっき層の外面側に開口する微細亀裂が分布していると共に、
各硬質クロムめっき層の微細亀裂は深さ方向に関して、自己の開口部が存在する層内で停止している部分と、自己の開口部が存在する層よりも下の硬質クロムめっき層内にまで延びている部分とを含んでおり、
前記硬質クロムめっき皮膜の断面における微細亀裂の面積比率で表される微細亀裂量の内訳は、自己の開口部が存在する層内で停止している部分が１．５〜３５．０％の範囲、自己の開口部が存在する層よりも下の硬質クロムめっき層内にまで延びている部分が０．５〜２５．０％の範囲、及び、全体の微細亀裂量が２．０〜４０．０％の範囲にあり、
最表面側の硬質クロムめっき層の厚さは前記硬質クロムめっき皮膜中の他の硬質クロムめっき層よりも厚く、なお且つ、５０μｍ以下の範囲にあり、他の硬質クロムめっき層の厚さは５．０〜３０．０μｍの範囲にあり、最表面側の硬質クロムめっき層を含む各層における微細亀裂の開口部幅が０．２μｍ以下であることを特徴とする、クロムめっき摺動部材。
【請求項３】
母材境界面に２層以上の硬質クロムめっき層からなる硬質クロムめっき皮膜を設けた摺動部材において、
各硬質クロムめっき層には、当該硬質クロムめっき層の外面側に開口する微細亀裂が分布していると共に、
各硬質クロムめっき層の微細亀裂は深さ方向に関して、自己の開口部が存在する層内で停止している部分と、自己の開口部が存在する層よりも下の硬質クロムめっき層内にまで延びている部分とを含んでおり、
前記硬質クロムめっき皮膜の断面における微細亀裂の面積比率で表される微細亀裂量の内訳は、自己の開口部が存在する層内で停止している部分が１．５〜３５．０％の範囲、自己の開口部が存在する層よりも下の硬質クロムめっき層内にまで延びている部分が０．５〜２５．０％の範囲、及び、全体の微細亀裂量が２．０〜４０．０％の範囲にあり、
前記硬質クロムめっき皮膜は３層以上の硬質クロムめっき層からなり、母材境界面に最も近い硬質クロムめっき層の厚さは硬質クロムめっき皮膜中において最も厚く、なお且つ、８０μｍ以下の範囲にあり、最表面側の硬質クロムめっき層の厚さは硬質クロムめっき皮膜中において母材境界面に最も近い硬質クロムめっき層の次に厚く、なお且つ、５０μｍ以下の範囲にあり、他の硬質クロムめっき層の厚さは５．０〜３０．０μｍの範囲にあり、母材境界面に最も近い硬質クロムめっき層及び最表面側の硬質クロムめっき層を含む各層における微細亀裂の開口部幅が０．２μｍ以下であることを特徴とする、クロムめっき摺動部材。
【請求項４】
ピストンリングであることを特徴とする、請求項１乃至３いずれかに記載のクロムめっき摺動部材。
【請求項５】
前記請求項１乃至５いずれかに記載のクロムめっき摺動部材を製造するための方法であって、クロムめっき槽を用いて、母材境界面に硬質クロムめっき工程を行った後、１００マイクロ秒よりも短い時間をかけて極性を反転させてエッチング工程を行うことにより、母材境界面に最も近い硬質クロムめっき層を形成し、母材境界面に最も近い硬質クロムめっき層の上に再び硬質クロムめっき工程を行った後、１００〜２０００マイクロ秒の範囲の時間をかけて極性を反転させてエッチング工程を行うことにより、中間層の硬質クロムめっき層を形成し、さらに前記中間層の硬質クロムめっき層を形成する硬質クロムめっき工程とエッチング工程を少なくとも１回繰り返すことにより、必要な数の中間層及び最表面側の硬質クロムめっき層を形成することを特徴とする、クロムめっき摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬質クロムめっき皮膜を摺動面に形成してなる摺動部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関用ピストンリング、これと摺接するシリンダーライナー、ロッカーアーム、カムシャフトカム等の摺動部材には、相手部材に対して焼き付きがなく、なお且つ当該摺動部材自体に耐摩耗性を有しつつ、相手部材対する攻撃性の無いことが要求される。これらの諸要求に対処するために従来から、摺動部材の表面、特にピストンリングの外周面には、耐摩耗性に優れる硬質クロムめっき処理が行われてきた。
【０００３】
しかしながら、ピストンリングの母材に単にクロムめっき処理を施すだけでは硬質クロムめっき皮膜は保油性に乏しく、耐焼付き性が十分でない。そこで、クロムめっき処理を行った後に同じクロムめっき槽内で引き続き逆電処理を行ってエッチング処理を行うことにより、クロムめっき皮膜の表面に網目状の微細亀裂を多量に形成することが行われている。この微細亀裂が潤滑油溜り機能することにより、硬質クロムめっき皮膜の保油性が向上し、クロムめっき摺動部材に優れた耐焼付き性が付与される。
【０００４】
しかしながら近年、内燃機関の高燃費化、高出力化の要求が強くなり、それに伴ってピストンリングを含む内燃機関の諸部品に懸かる負荷は増大し続けている。そのため一部の内燃機関においては、微細亀裂を有する硬質クロムめっき皮膜でさえも耐摩耗性、耐焼付き性、疲労強度等の要求性能に対して十分に応えることができなくなりつつある。すなわち、ピストンリングの硬質クロムめっき皮膜には、当該皮膜の逆電処理によって微細亀裂が断面Ｖ字状に形成されている。そのため、硬質クロムめっき皮膜は当初には十分な保油性を有しているが、摩耗の進行により厚みが減少すると当該微細亀裂の開口部面積及び総空洞容積が減少して行き、保油性が悪くなり、結果として耐焼付き性が不足する。また、クロムめっき処理ピストンリングがシリンダー内で摺動すると、硬質クロムめっき皮膜のＶ字状亀裂の底部（切り欠き部）が基点となって応力が集中して、いわゆる「切り欠き効果」が生じ亀裂の進展が進むので、当該皮膜が劣化し、最終的には折損に至る可能性がある。
【０００５】
このような問題の解決策として、摺動部材の摺動面に正電工程により硬質クロムめっき層を薄く析出させた後に引き続き逆電工程により微細亀裂を若干成長させて、微細亀裂を有する硬質クロムめっき薄膜層を形成し、更に上記の正電工程と逆電工程を繰り返すことにより、下層の微細亀裂の開口を上層の硬質クロムめっき薄膜層により封孔して、成膜方向に独立した微細亀裂の空孔を多く有する硬質クロムめっき皮膜を形成することが提案されている（特開平１０−５３８８１号公報）。
【０００６】
この提案にかかる硬質クロムめっき皮膜によれば、硬質クロムめっき皮膜の摩耗が進行して最下層の硬質クロムめっき層が露出する前は、摺動動作によって生じる切り欠き効果が最下層の微細亀裂にまで及ばないので、疲労強度が向上する。また、微細亀裂の断面形状がＶ字状であることは変わらないが、当該微細亀裂が成膜方向に独立して各層に形成されているので、摩耗が進行して微細亀裂の開口部面積及び総空洞容積が一旦減少しても、下層の硬質クロムめっき層が露出するたびに新しい微細亀裂が現れ、再び保油性が復元する。
【０００７】
しかしながら、特開平１０−５３８８１号公報に開示されているような、成膜方向に独立した微細亀裂を有する硬質クロムめっき皮膜においては、ほぼ同一サイズの微細亀裂空孔群が各層ごとに形成されており、言いかえれば、各微細亀裂空孔群の底部は、自己が開口している硬質クロムめっき層内で停止している。従って、微細亀裂空孔群は皮膜内において、硬質クロムめっき層の広がる方向に沿って並列的に分布しており、皮膜の成長方向に沿って微細亀裂空孔群の存在しない領域が周期的に存在する。そして、この場合には、硬質クロムめっき皮膜の摩耗が進行するのに伴って、耐摩耗性及び耐焼付き性が周期的に低下する。
【０００８】
この問題の解決策として、上記特開平１０−５３８８１号公報には、摺動部材の摺動面にホーニング等の処理によって適度な凹凸を形成してからめっき工程を行うことによって、褶曲地層のような波状のうねりを有する硬質クロムめっき層を形成し、さらに逆電工程を行って微細亀裂を形成し、その後、上記のめっき工程と逆電工程を繰り返し行うことが記載されている。この方法で形成した多層硬質クロムめっき皮膜においては、各層の褶曲に合わせて微細亀裂空孔群の列も波状にうねって分布しているので、硬質クロムめっき皮膜の摩耗が進行しても当該皮膜の表面に微細亀裂が常に均一に現れる。
【０００９】
しかしながら、上記方法によって硬質クロムめっき層を褶曲させるためには、めっき処理を施す母材境界面の凹凸の程度をホーニング等の表面処理によってコントロールする必要がある。また、摺動部材の母材境界面にホーニング等の表面処理を行って適度な凹凸を形成したとしても、硬質クロムめっき層の成長及び多層化に伴って褶曲が緩慢となり、表面付近の硬質クロムめっき層は相対的に平坦化してしまうので、耐摩耗性及び耐焼付き性の周期的な低下を完全に防ぐことはできない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実状に鑑みて成し遂げられたものであり、その第一の目的は、従来の製造コストが安価であるところのクロムめっきの利点を生かしつつ、多層硬質クロムめっき皮膜を意図的に褶曲形成しなくても耐摩耗性及び耐焼付き性の周期的な低下を生じないクロムめっき摺動部材を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の第二の目的は、母材境界面に意図的に凹凸を形成しなくても、多層硬質クロムめっき皮膜の耐摩耗性及び耐焼付き性の周期的な低下を避けることの可能なクロムめっき摺動部材の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明により提供されるクロムめっき摺動部材は、母材境界面に２層以上の硬質クロムめっき層からなる硬質クロムめっき皮膜を設けた摺動部材において、各硬質クロムめっき層には、当該硬質クロムめっき層の外面側に開口する微細亀裂が分布していると共に、各硬質クロムめっき層の微細亀裂は深さ方向に関して、自己の開口部が存在する層内で停止している部分と、自己の開口部が存在する層よりも下の硬質クロムめっき層内にまで延びている部分とを含んでおり、前記硬質クロムめっき皮膜の断面における微細亀裂の面積比率で表される微細亀裂量の内訳は、自己の開口部が存在する層内で停止している部分が１．５〜３５．０％の範囲、自己の開口部が存在する層よりも下の硬質クロムめっき層内にまで延びている部分が０．５〜２５．０％の範囲、及び、全体の微細亀裂量が２．０〜４０．０％の範囲にあることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明により提供されるクロムめっき摺動部材の製造方法は、クロムめっき槽を用いて、母材境界面に硬質クロムめっき工程を行った後、１００〜２０００マイクロ秒の範囲の時間をかけて極性を反転させてエッチング工程を行い、さらに前記硬質クロムめっき工程と前記エッチング工程を少なくとも１回繰り返すことにより２層以上の硬質クロムめっき層からなる硬質クロムめっき皮膜を形成することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るクロムめっき摺動部材においては、多層硬質クロムめっき皮膜を構成している各硬質クロムめっき層の微細亀裂が、自己の開口部が存在する層内で底部が停止している比較的浅い部分と、自己の開口部が存在する層よりも深い層にまで貫通している比較的深い部分とを有しているので、各硬質クロムめっき層の上層から下層に移行する寸前の領域にも微細亀裂の空洞が存在しており、保油性の周期的な低下が発生しないか、発生しても保油性の落ち込みが少ない。従って、長期間の使用に渡って常に安定した耐摩擦性、耐焼付き性を発揮する。
【００１５】
また、本発明に係るクロムめっき摺動部材の製造方法によれば、上記したような優れた摺動性能を備えたクロムめっき摺動部材を製造することができる。本発明の方法によれば、母材境界面にクロムめっき皮膜を褶曲させるための凹凸を意図的に形成する必要がないので、母材の表面処理工程を単純化できる。
【００１６】
そして、特に本発明によれば、耐摩耗性、耐焼付き性、疲労強度に優れたクロムめっきピストンリングが提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係るクロムめっき摺動部材は、母材境界面の摺動面となるべき領域に２層以上の硬質クロムめっき層からなる硬質クロムめっき皮膜を設けた摺動部材において、各硬質クロムめっき層には、当該硬質クロムめっき層の外面側に開口する微細亀裂が分布していると共に、各硬質クロムめっき層の微細亀裂は深さ方向に関して、自己の開口部が存在する層内で停止している部分と、自己の開口部が存在する層よりも下の硬質クロムめっき層内にまで延びている部分とを含んでおり、前記硬質クロムめっき皮膜の断面における微細亀裂の面積比率で表される微細亀裂量の内訳は、自己の開口部が存在する層内で停止している部分が１．５〜３５．０％の範囲、自己の開口部が存在する層よりも下の硬質クロムめっき層内にまで延びている部分が０．５〜２５．０％の範囲、及び、全体の微細亀裂量が２．０〜４０．０％の範囲にあることを特徴としている。
【００１８】
本発明に係るクロムめっき摺動部材は、摺動部材全般に適用できる。例えば、ピストンリング外周面、シリンダーライナ内周面、ロッカーアーム摺動面、カムシャフトカム外周面及びジャーナル部等に適用でき、この中でも、特にピストンリングに好適である。
【００１９】
図１は、本発明に係るクロムめっき摺動部材の一例について、断面を模式的に示したものである。この摺動部材１０１においては、摺動部材の母材１の摺動面に、硬質クロムめっき層（２、３、４、５）が４層積層されてなる硬質クロムめっき皮膜が形成されている。皮膜中のどの硬質クロムめっき層にも、当該硬質クロムめっき層の外面側に開口する微細亀裂が分布している。言いかえれば、母材境界面に最も近い第１クロムめっき層２の外面側に開口する微細亀裂、その直上の第２クロムめっき層３の外面側に開口する微細亀裂、さらにその上に積層されている第３クロムめっき層４の外面側に開口する微細亀裂、及び、最表面層である第４クロムめっき層５の外面側に開口する微細亀裂が、それぞれ形成されている。硬質クロムめっき皮膜中の各層には微細亀裂が均一に分布しているのが好ましい。
【００２０】
各硬質クロムめっき層には断面が略Ｖ字状の微細亀裂が網目状に形成されており、少なくとも表面の開口部においては連続している単一の微細亀裂が形成される。単一の網目状亀裂の間隙に、それよりも長さ及び／又は深さの小さい独立した微細亀裂が混在していても良い。また、硬質クロムめっき層表面においては単一の微細亀裂であっても、亀裂の底部の到達深度は場所によって異なっている。従って、硬質クロムめっき皮膜の研磨加工の加工代が大きいほどに、又は、摩耗の進行が進むほどに、独立した微細亀裂が多くなる。
【００２１】
母材境界面に最も近い第１クロムめっき層２を除けば、各硬質クロムめっき層の微細亀裂は深さ方向に関して、自己の開口部が存在する層内で停止している部分（すなわち、自己の開口部が存在する層内で底部が停止している部分）６ａと、自己の開口部が存在する層よりも下の硬質クロムめっき層内にまで延びている部分（すなわち、自己の開口部が存在する層よりも下の硬質クロムめっき層内に底部が到達している部分）６ｂ、６ｃとを含んでいる。微細亀裂が下層に貫通する部分においては、微細亀裂が２層にしか渡らない部分６ｂだけでなく、３層以上にまたがる部分６ｃが含まれていてもよい。また、微細亀裂の下層に貫通している部分が、下層に開口する微細亀裂と一部合体していてもよい。
【００２２】
本発明に係るクロムめっき摺動部材においては、微細亀裂を有する硬質クロムめっき層を２層以上積層してクロムめっき皮膜を形成するので、各硬質クロムめっき層の外面側（摺動面側）に開口する微細亀裂の開口部は、上層の硬質クロムめっき層によって封孔される。そのため、本発明に係るクロムめっき摺動部材に生じる上述の切り欠き効果は、最表面の硬質クロムめっき層に開口する微細亀裂には影響するが、下層の硬質クロムめっき層に開口する微細亀裂は、上層の硬質クロムめっき層によって被覆、保護されているので、上層が摩耗によって消失するまでは切り欠き効果の影響を受けない。従って、本発明に係るクロムめっき摺動部材の硬質クロムめっき皮膜は、切り欠き効果による微細亀裂の進展が生じ難く疲労強度に優れており、当該皮膜の劣化や摺動部材の折損を起こし難い。
【００２３】
また、本発明に係るクロムめっき摺動部材においては、各硬質クロムめっき層に形成された微細亀裂が断面略Ｖ字状であることから、硬質クロムめっき皮膜の摩耗の進行に伴って、微細亀裂の開口部面積及び開放された空洞容積が減少していく。例えば、符号ａで示される深さにおける微細亀裂の開口部面積及び開放された空洞容積と比べて、符号ｂで示される深さにおけるそれらの量は小さい。しかし、上層の硬質クロムめっき層が摩耗によって完全に消失すると、下層に開口する新しい微細亀裂が多量に出現するので、微細亀裂の開口部面積及び開放された空洞容積が再び増加し、優れた保油性が回復する。例えば、硬質クロムめっき皮膜の符号ｄで示される深さにおける微細亀裂の開口部面積及び開放された空洞容積は、符号ａで示される深さのおけるそれらと同等である。
【００２４】
しかも、本発明に係るクロムめっき摺動部材においては、各硬質クロムめっき層の微細亀裂は深さ方向に関して、自己の開口部が存在する層よりも下の硬質クロムめっき層内にまで延びている部分を含んでいるので、上層の硬質クロムめっき層が摩耗により沈み込んで下層の硬質クロムめっき層が出現する寸前の深さになっても、十分な量の微細亀裂が存在している。例えば、硬質クロムめっき皮膜の符号ｃで示される深さにおいても、符号６ｂ及び６ｃで表される微細亀裂の開放された空洞が存在する。従って、本発明に係るクロムめっき摺動部材は、硬質クロムめっき皮膜の摩耗が進行しても保油性の周期的な低下を全く生じないか又は生じても変動幅が少なく、一定した耐摩耗性及び耐焼付き性を示す。
【００２５】
微細亀裂量の内訳は、前記硬質クロムめっき皮膜の厚さ方向に沿った断面における微細亀裂の面積比率で表した時に、自己の開口部が存在する層内で停止している部分が１．５〜３５．０％の範囲、自己の開口部が存在する層よりも下の硬質クロムめっき層内にまで延びている部分が０．５〜２５．０％の範囲、及び、全体の微細亀裂量が２．０〜４０．０％の範囲に調節する。皮膜全体の保油性と強度を十分確保しつつ、皮膜の深さによる保油性の変動を少なくするためには、微細亀裂量の内訳を上記の範囲に調節する必要がある。
【００２６】
硬質クロムめっき皮膜中の微細亀裂の内訳は上記範囲内において適宜調節されるが、特別の事情が無い限り、自己の開口部が存在する層内で停止している部分が１．５〜２４．５％の範囲、自己の開口部が存在する層よりも下の硬質クロムめっき層内にまで延びている部分が０．５〜１５．０％の範囲、及び、全体の微細亀裂量が２．０〜２５．０％の範囲に調節するのが好ましい。
【００２７】
微細亀裂における自己が開口する硬質クロムめっき層内に局在する部分が上記の断面内面積比で１．５％未満の場合には、微細亀裂の空洞が少なくなって保油性に劣る。この場合に、一層内に限局する微細亀裂の不足分を２層以上に跨る微細亀裂で補おうとすると、上述した切り欠き効果の影響が下層の硬質クロムめっき層に波及するようになるので、亀裂進展を生じやすくなり、硬質クロムめっき皮膜の劣化、及び、折損強度の低下の原因となる。
【００２８】
また、微細亀裂における自己が開口する硬質クロムめっき層内に局在する部分が上記の断面内面積比で３５．０％を超える場合には、２層以上に跨る微細亀裂の量が相対的に少なくなり、皮膜の深さによる保油性の変動が大きくなる。仮に、１層内に局在する微細亀裂の量を３５．０％超としたままで、２層以上に跨る微細亀裂を、保油性の変動を押さえるのに十分な量だけ形成すると、硬質クロムめっき皮膜のコラプション傾向が大きくなってしまう。
【００２９】
微細亀裂における自己の開口部が存在する層よりも下の硬質クロムめっき層内にまで延びている部分が上記の断面内面積比で０．５％未満の場合には、皮膜の深さによる保油性の変動が大きくなる。また、微細亀裂における自己の開口部が存在する層よりも下の硬質クロムめっき層内にまで延びている部分が上記の断面内面積比で２５．０％を超える場合には、上述した切り欠き効果の影響が下層の硬質クロムめっき層に波及するようになるので、亀裂進展を生じやすくなり、硬質クロムめっき皮膜の劣化、及び、折損強度の低下の原因となる。
【００３０】
微細亀裂の１層内に限局する部分と２層以上に跨る部分とを合計した全体量が２．０％未満の場合には、潤滑油を保持する空洞の量が不足して保油性に劣り、一方、４０．０％を超える場合には、硬質クロムめっき皮膜のコラプション傾向が大きくなって皮膜の強度不足を招く。
【００３１】
硬質クロムめっき皮膜を構成する各層の厚さや各層における微細亀裂の開口幅は、本発明を適用する摺動部材の種類や用途によって適宜調節するが、ピストンリングに適用する場合には、硬質クロムめっき皮膜を構成する各硬質クロムめっき層の厚さを５．０〜３０．０μｍの範囲とし、各層の外面側に開口する微細亀裂の開口部幅を２．０μｍ以下に調節することによって、ピストンリングに対する諸要求性能のバランスを良好に維持しながらも、微細亀裂における自己が開口する硬質クロムめっき層内に局在する部分と、微細亀裂における自己の開口部が存在する層よりも下の硬質クロムめっき層内にまで延びている部分の量を、上記した範囲内に調節することができる。ここで、微細亀裂の開口部幅が２．０μｍ以下であるとは、実質的に全ての微細亀裂の開口幅が０．２μｍ以下であることを意味しており、開口幅が０．２μｍを超える微細亀裂は全く無いか、あったとしても摺動部材の性能に影響を及ぼさない無視できる量である。
【００３２】
この場合において、中間層となる硬質クロムめっき層の厚さを上記のように５．０〜３０．０μｍの範囲にすると共に、特に最表面側の硬質クロムめっき層を、中間層となる硬質クロムめっき層よりも厚く、且つ、５０μｍ以内の厚さとするのが好ましい。なお、最表面側の硬質クロムめっき層の厚さは、５μｍ以上とするのが好ましい。この場合に、最表面側の硬質クロムめっき層に形成する微細亀裂の開口幅も、０．２μｍ以下とする。
【００３３】
クロムめっき摺動部材の摺動抵抗による変形は、硬質クロムめっき皮膜の表面近傍の部分の剛性によって押さえることができ、この部分の剛性を増すことによって折損抵抗を大きくすることができる。従って、最表面側の硬質クロムめっき層を中間層よりも厚く形成し、この部分の剛性を増すことによって、摺動部材に耐折損性を付与することが可能である。最表面側の硬質クロムめっき層の厚さが中間層となる硬質クロムめっき層の１層分よりも薄い場合には、皮膜の表面近傍の剛性が充分でない。また、最表面側の硬質クロムめっき層の厚さが５０μｍを超えると、摺動抵抗による変形が最表面の部分だけで止まり、中間層を含む皮膜全体で変位を吸収する効果はなくなってしまう。
【００３４】
また、硬質クロムめっき皮膜が３層以上からなる場合には、最表面層と中間層の厚さを上記の範囲とし、さらに、母材境界面に最も近い硬質クロムめっき層を、硬質クロムめっき皮膜中で最も厚く、且つ、８０μｍ以内の厚さとするのが好ましい。すなわち、母材境界面に最も近いめっき層を最も厚く形成し、最表面のめっき層を２番目に厚く形成する。この場合に、母材境界面に最も近い硬質クロムめっき層に形成する微細亀裂の開口幅も、０．２μｍ以下とする。
【００３５】
母材境界面に最も近い硬質クロムめっき層を厚く形成することによって、この部分の硬質クロムめっき層の微細亀裂を少なく且つ細くすることができ、硬質クロムめっき皮膜全体の剛性を上げることができる。母材境界面に最も近い硬質クロムめっき層の厚さを、最表面側の硬質クロムめっき層の厚さよりも厚くするのは、最表面側の硬質クロムめっき層の剛性と中間層の靭性とのバランスをとって皮膜全体で摺動時の変位を吸収するためである。母材境界面に最も近い硬質クロムめっき層の厚さが他のめっき層よりも薄い場合には、母材境界面近傍の変位量を抑止する効果が十分でない。また、母材境界面に最も近い硬質クロムめっき層の厚さが８０．０μｍを超える場合には、皮膜の全体厚に占める最下層の割合が大きくなって中間層である薄いめっき層の数が相対的に少なくなり、多層クロムめっき皮膜の靭性を有効に発揮できなくなる。また、母材境界面に最も近い硬質クロムめっき層を皮膜中で最も厚く、８０μｍ程度に形成すると、開口幅０．２μｍの微細亀裂は深さが５０μｍ程度となり、母材境界面に隣接して、メッキ層の微細亀裂を含まない部分が厚さ３０μｍ程度残る。従って、母材の耐腐食性及び密着性に優れるという効果がある。
【００３６】
次に、本発明に係るクロムめっき摺動部材の製造方法について説明する。本発明に係るクロムめっき摺動部材は、クロムめっき槽を用いて、母材（被めっき材）の表面に硬質クロムめっき工程を行った後、１００〜２０００マイクロ秒の範囲の時間をかけて極性を反転させてエッチング工程を行い、さらに前記硬質クロムめっき工程と前記エッチング工程を少なくとも１回繰り返すことにより２層以上の硬質クロムめっき層からなる硬質クロムめっき皮膜を形成することにより製造できる。
【００３７】
硬質クロムめっき層の厚さ、及び、微細亀裂の量と深さは、めっき工程及び逆電工程（エッチング工程）におけるめっき温度、電流密度、印加時間等の諸条件を変えることによって調節する。
【００３８】
本発明においては、比較的浅い部分と深い部分とが混在する微細亀裂を形成するために、めっき工程から逆電工程に移る時の極性切り替え速度を調節する。めっき工程から逆電工程に移る時の極性切り替えを急速に完了させると、微細亀裂の深さは単一の硬質クロムめっき層内に止まる。一方、めっき工程から逆電工程に移る時の極性切り替えを緩慢に、言い換えれば、比較的長い時間をかけて完了させると、微細亀裂の一部は、単一の層で止まらずに下層にまで伸び、２層以上に跨る深い亀裂となる。その結果、多層硬質クロムめっき皮膜内には、単一の層内で停止した部分と、２層以上に跨る深い部分とが混在する微細亀裂群が形成される。
【００３９】
以下において、ピストンリングの製造方法を例にして詳しく説明する。ピストンリングを製造する場合、母材としては、例えば、マルテンサイトステンレス鋼、Ｓｉ−Ｃｒ鋼等の従来からピストンリングの母材として用いられる素材を用いることができる。所定形状に成形された母材の表面は、クロムめっき処理される前に、必要に応じて脱脂、洗浄、ホーニング等の前処理が施される。例えば、先ず、母材表面の油脂分を、トリクロロエチレンのような有機溶剤の蒸気により洗浄し（脱脂）、次に、母材を３０〜８０℃に加熱された塩酸中に１５〜３００秒浸漬して母材境界面の酸化物等を除去し、母材の下地を露出させる（酸洗浄）。次に、母材の表面全体にセラミックス等の硬質粒子を懸濁溶解した水溶液を均一に圧力噴射（２〜１０ｋｇ／ｍｍ2）し、表面を梨地状にしてめっき皮膜との密着強度の向上を図る（液体ホーニング）。
【００４０】
このような前処理の後、母材境界面（母材表面）にめっき工程（正電工程）と逆電工程（エッチング工程）を繰り返して、微細亀裂を有する硬質クロムめっき層を積層形成する。クロムめっき槽としては、従来から用いられている酸性のクロム酸液を用いることができる。母材をクロムめっき槽に浸漬し、当該クロムめっき槽の温度は４５〜７５℃に維持する。そして先ず、母材を陽極、対極を陰極として電流密度２０〜１００Ａ／ｄｍ2、印加時間１０〜１２０秒間の条件で印加し、電解研磨を行う。
【００４１】
電解研磨を行った後に、先ず、母材境界面に最も近い、最下層の硬質クロムめっき層を形成する。すなわち、電解研磨の工程に引き続き、極性を反転させ、母材を陰極、対極を陽極として電流密度２０〜１００Ａ／ｄｍ2、印加時間１０〜２００分間の条件で印加し、予め設定されている厚さの硬質クロムめっき層を析出させる（めっき工程）。次に、比較的早い切り替え時間で極性を反転させ、母材を陽極、対極を陰極として電流密度２０〜１００Ａ／ｄｍ2、印加時間１０〜２００秒間の条件で印加し、予め設定されている厚さが残るように硬質クロムめっき層を溶出させる（逆電工程）。この段階においては最下層の硬質クロムめっき層を形成するので、微細亀裂の深さを当該最下層内で止める必要がある。そのため、めっき工程から逆電工程への切り替え時間を比較的早くする。上述したように、ピストンリングの多層硬質クロムめっき皮膜の最下層は８０μｍ以内の範囲で皮膜中最も厚く形成するのが好ましいが、この厚さを考慮すると、最下層を形成する段階ではめっき工程から逆電工程への切り替え時間を１００マイクロ秒（μｓｅｃ）以内で調節することにより開口幅が０．２μｍ以下で適度な深さの微細亀裂を形成することができる。
【００４２】
次に、中間層の硬質クロムめっき層を形成する。すなわち、最下層の逆電工程が終了した後、再び極性を反転させ、母材を陰極、対極を陽極として電流密度３０〜１２０Ａ／ｄｍ2、印加時間２〜１００分間の条件で印加し、予め設定されている厚さの硬質クロムめっき層を析出させる（めっき工程）。次に、緩慢な切り替え時間で極性を反転させ、母材を陽極、対極を陰極として電流密度２０〜１００Ａ／ｄｍ2、印加時間１０〜２００秒間の条件で印加し、予め設定されている厚さが残るように硬質クロムめっき層を溶出させる（逆電工程）。上述したように、ピストンリングの多層硬質クロムめっき皮膜の中間層は５．０〜３０．０μｍの厚さに形成するのが好ましいが、硬質クロムめっき層の厚さをこの程度とする場合には、めっき工程から逆電工程への切り替え時間を１００〜２０００μｓｅｃの範囲で調節することにより、開口幅が０．２μｍ以下であると共に、単一層内で止まる比較的浅い部分と２層以上に跨る比較的深い部分とが混在する微細亀裂を形成することができる。
【００４３】
この２回目のめっき工程と逆電工程により、最下層の直上の中間層を形成する。この後、上記２回目と同様のめっき工程と逆電工程を繰り返すことにより、必要な数の中間層を積層形成する。
【００４４】
そして、必要な数の中間層を形成した後、最後のめっき工程と逆電工程により、最表面に位置する最も厚い硬質クロムめっき層を形成する。中間層の逆電工程が終了した後、極性を反転させ、母材を陰極、対極を陽極として電流密度３０〜１２０Ａ／ｄｍ2、印加時間２〜２００分間の条件で印加し、予め設定されている厚さの硬質クロムめっき層を析出させる（めっき工程）。次に、緩慢な切り替え時間で極性を反転させ、母材を陽極、対極を陰極として電流密度２０〜１００Ａ／ｄｍ2、印加時間１０〜２００秒間の条件で印加し、予め設定されている厚さが残るように硬質クロムめっき層を溶出させる（逆電工程）。上述したように、ピストンリングの多層硬質クロムめっき皮膜の最表面層は５〜５０μｍの厚さに形成するのが好ましいが、この厚さ範囲では、めっき工程から逆電工程への切り替え時間を１００〜２０００μｓｅｃの範囲で調節することにより、開口幅が０．２μｍ以下であると共に、単一層内で止まる比較的浅い部分と２層以上に跨る比較的深い部分とが混在する微細亀裂を形成することができる。
【００４５】
以上のような工程によって、多層硬質クロムめっき皮膜が完成し、本発明に係るクロムめっきピストンリングが得られる。
【００４６】
【実施例】
以下において、本発明に係るクロムめっき摺動部材としてのピストンリングを製造例と評価結果を示す。
【００４７】
Ａ．製造例
（１）本発明品の製造
ピストンリング母材としてＳｉ−Ｃｒを用いた。ピストンリング母材をトリクロロエチレンの蒸気により脱脂した。次いで、当該母材を３０〜８０℃に加熱された塩酸中に１５〜３００秒間浸漬して酸洗浄を行うことにより表面の酸化物等を除去した。次いで、母材の表面全体にセラミックス等の硬質粒子を懸濁溶解した水溶液を用いて圧力噴射（５ｋｇ／ｍｍ2）し、下地を梨地状に仕上げた。
【００４８】
次に、公知のフッ化浴のめっき槽を準備した。このめっき槽に梨地状に仕上げたピストンリング母材を浸漬し、下記条件で電流を印加して電解研磨を行った。〈電解研磨の条件〉
・電流密度：６０Ａ／ｄｍ2
・印加時間：２０秒
【００４９】
電解研磨を行った後に、極性を反転させ、母材を陰極、対極を陽極として下記条件でめっき工程を行った。引き続き、７５０μｓｅｃの切り替え時間で極性を反転させ、母材を陽極、対極を陰極として下記条件で逆電工程を行い、最下層の硬質クロムめっき層を形成した。
〈最下層のめっき工程〉
・電流密度：６０Ａ／ｄｍ2
・印加時間：３０分
〈最下層の逆電工程〉
・電流密度：６０Ａ／ｄｍ2
・印加時間：９０秒
【００５０】
次に、再び極性を反転させ、母材を陰極、対極を陽極として下記条件でめっき工程を行った。引き続き、７５０μｓｅｃの切り替え時間で極性を反転させ、母材を陽極、対極を陰極として下記条件で逆電工程を行い、第１中間層の硬質クロムめっき層を形成した。さらに、第１中間層のめっき工程と逆電工程を１０回繰り返して、第１中間層を含めて合計１１層の中間層を形成した。
〈中間層のめっき工程〉
・電流密度：６０Ａ／ｄｍ2
・印加時間：１５分
〈中間層の逆電工程〉
・電流密度：６０Ａ／ｄｍ2
・印加時間：９０秒
【００５１】
その後、再び極性を反転させ、母材を陰極、対極を陽極として下記条件でめっき工程を行った。引き続き、７５０μｓｅｃで切り替え時間で極性を反転させ、母材を陽極、対極を陰極として下記条件で逆電工程を行い、最表面側の硬質クロムめっき層を形成した。
〈最表面層のめっき工程〉
・電流密度：６０Ａ／ｄｍ2
・印加時間：２０分
〈最表面層の逆電工程〉
・電流密度：６０Ａ／ｄｍ2
・印加時間：６０秒
【００５２】
（２）従来材の製造
ピストンリング母材として、上述した本発明品の場合と同様にＳｉ−Ｃｒを用いた。このピストンリング母材に上記本発明品の場合と同じ手順で脱脂、酸洗浄、液体ホーニングを行うことにより下地を梨地状に仕上げた。
【００５３】
次に、上記本発明品の製造に用いたのと同じ組成のめっき槽にピストンリング母材を浸漬し、本発明品と同じ条件で電解研磨を行った。その後、極性を反転させ、母材を陰極、対極を陽極として下記条件でめっき工程を行った。引き続き、１５００μｓｅｃの切り替え時間で極性を反転させ、母材を陽極、対極を陰極として下記条件で逆電工程を行い、単層の硬質クロムめっき皮膜を形成した。
〈従来材のめっき工程〉
・電流密度：６０Ａ／ｄｍ2
・印加時間：１５分
〈従来材の逆電工程〉
・電流密度：６０Ａ／ｄｍ2
・印加時間：９０秒
【００５４】
（３）比較材１〜４の製造
上記本発明品の製造方法に準じ、表１に示す皮膜を形成できるめっき条件を設定し、比較材１〜４を製造した。
【００５５】
Ｂ．評価方法
（１）摩耗試験
アムスラー型摩耗試験機を使用し、製造したピストンリングを固定片とし、相手材である回転片のほぼ半分を油に浸漬して荷重をかけながら固定片に接触させた。下記条件で試験を実施し、粗さ計による段差プロフィールにて摩耗量（摩耗沈み：μｍ）を測定した。
【００５６】
〈摩耗試験条件〉
・相手材：ＦＣ２５（硬さ（ＨＲＢ）  ９８）
・潤滑油：タービン油（＃１００）
・油温：８０℃
・周回速度：１ｍ／ｓｅｃ（４７８ｒｐｍ）
・荷重：８０ｋｇ
・時間：７ｈｒ
【００５７】
（２）スカッフ試験
アムスラー型摩耗試験機を使用し、製造したピストンリングを固定片とし、相手材である回転片に油を付着させ、荷重をかけながら固定片に接触させた。下記条件で、荷重を１０ｋｇ／ｍｉｎの割合で線形連続的に増加させ続け、スカッフが発生して負荷信号が発生した時点の荷重を被試験材の耐スカッフ荷重（ｋｇ）とした。
【００５８】
〈スカッフ試験条件〉
・相手材：ＦＣ２５（ＨＲＢ  ９８）
・潤滑油：２号スピンドル油
・油温：成り行き
・周回速度：１ｍ／ｓｅｃ（４７８ｒｐｍ）
【００５９】
（３）疲労強度試験
リング実体型疲労試験機を使用し、リングに所定の荷重を負荷しながら、繰り返し速度を２０００ｃｙｃｌｅ／ｍｉｎとして１０7回繰り返した。所定の荷重にて１０7回をクリアしたら過重の段階を上げて同様の速度で１０7回繰り返した。１０7回をクリアできた最も大きい荷重を、被試験材の疲労強度（ｋｇ）とした。
【００６０】
（４）皮膜衝撃強度試験
自社オリジナルの衝撃試験機を使用し、被試験材のリングコーナー４５°にストローク１．５ｍｍで打撃することによりめっき皮膜の剥離が発生するまで所定荷重の衝撃エネルギーを加え続け、剥離発生までの打撃回数を測定した。
【００６１】
Ｃ：結果
（１）被試験材の構成
【００６２】
【表１】
0004059621.tif 000002
【００６３】
（２）評価結果
各試験結果を、第２表に示す。従来材に関する測定値を１００として指数化して示した。
【００６４】
【表２】
0004059621.tif 000003
【００６５】
【発明の効果】
上記本発明に係るクロムめっき摺動部材によれば、２層以上の硬質クロムめっき層を積層形成した多層硬質クロムめっき皮膜を有しており、各硬質クロムめっき層のいずれにも当該クロムめっき層の外面側に開口する微細亀裂が形成されている。従って、摺動によって生じる切り欠き効果は最表面層によって遮断され、下層に形成された微細亀裂には波及しないので、疲労強度に優れ、皮膜の劣化や摺動部材そのものの折損を起こし難い。また、最表面層の摩耗によって表面に開口する微細亀裂の空洞が減少しても、最表面層が摩耗により完全に消失して下層が露出すると新しい微細亀裂が出現するので、優れた保油性が復元する。
【００６６】
さらに、本発明に係るクロムめっき摺動部材においては、多層硬質クロムめっき皮膜を構成している各硬質クロムめっき層の微細亀裂が、自己の開口部が存在する層内で底部が停止している比較的浅い部分と、自己の開口部が存在する層よりも深い層にまで貫通している比較的深い部分とを有しているので、各硬質クロムめっき層の上層から下層に移行する寸前の領域にも微細亀裂の空洞が存在しており、保油性の周期的な低下が発生しないか、発生しても保油性の落ち込みが少ない。従って、長期間の使用に渡って常に安定した耐摩擦性、耐焼付き性を発揮する。
【００６７】
また、本発明に係るクロムめっき摺動部材の製造方法によれば、上記したような優れた摺動性能を備えたクロムめっき摺動部材を製造することができる。本発明の方法によれば、母材境界面にクロムめっき皮膜を褶曲させるための凹凸を意図的に形成する必要がないので、母材の表面処理工程を単純化できる。
【００６８】
そして、特に本発明によれば、耐摩耗性、耐焼付き性、疲労強度に優れたクロムめっきピストンリングが提供される。本発明を適用したクロムめっきピストンリングは、低価格で、且つ、従来のクロムめっきピストンリングを上回る性能を有しており、経済性とのバランスから中級位の内燃機関の高出力化に対応し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクロムめっき摺動部材の一例についてクロムめっき皮膜の構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１０１…本発明に係るクロムめっき摺動
１…母材
２…最下層の硬質クロムめっき層
３…第１中間層の硬質クロムめっき層
４…第２中間層の硬質クロムめっき層
５…最表面の硬質クロムめっき層
６…微細亀裂
【図１】
0004059621.tif 000004