JPH0559596A - 複合めつき法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来より問題となっている複合電解めっきに
おける複合分散めっきの高速化が可能であり、特に大口
径ピストンリング等のように大型ワークに対してもコン
パクトな装置で経済的に処理可能であり、良好な耐摩耗
性、耐焼付性及び初期馴染み性が要求されるリング外周
摺動面に好適な複合めっき法及びその装置を提供する。 【構成】 装置が、回転可能に支持された母材（実施例
ではワーク１０のピストンリング）の被めっき面に接触
して懸濁めっき液を供給する陽極体２０と、母材の被め
っき面にばね力を受けて接触して通電される陰極端子３
０と、を含み、この装置で、母材の被めっき面を脱脂し
た後、この被めっき面を酸性活性化電解し、母材を回転
させてその被めっき面に陽極体を接触させて摩擦しなが
ら金属硬質粒子または固体潤滑剤粒子を懸濁しためっき
液を被めっき面に電着させて複合分散めっき層を形成す
る方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特にピストンリングの
外周摺動面に形成されるめっきに好適で、金属硬質粒子
または固体潤滑剤粒子による複合分散メッキ層を形成す
る複合めっき法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、金属表面上に耐摩耗性、耐焼付性
及び初期馴染み性に優れためっき皮膜が形成できる複合
めっき法が注目されている。この複合めっき法は、ニッ
ケル等の金属マトリックス中に窒化珪素や炭化珪素など
の硬質粒子、あるいは二硫化モリブデンやボロンナイト
ライドのような固体潤滑剤粒子を分散させる方法であっ
て、分散めっきと呼ばれることもある。即ち、分散され
る粒子の種類、大きさ及び分散量を適当に選択すること
によって、耐摩耗性、耐焼付性、耐食性、そして初期馴
染み性に優れた皮膜を形成できるものである。現在、既
にシリンダやピストンリングのように摺動する製品に好
適なめっき法として採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】通常、複合めっき法で
はワークが硬質粒子または固体潤滑剤粒子を均一に懸濁
させためっき浴中に浸漬される。浸漬状態でワークを揺
動または回転させることにより、電解法または無電解で
ワークの表面にめっき皮膜を被着させるものである。し
かしながら、めっき浴中にワークを浸漬させる従来の方
法では、電着速度のアップを狙って電流密度を高める
と、逆に分散粒子の含有量が減少するという問題があ
る。また、特に、ワークが船舶用や発電機用のようにリ
ング径が大口径のピストンリングの場合、めっき浴槽が
大型化して浴中の懸濁粒子を均一に分散し、皮膜中に複
合分散を均一に行うことが困難である。従って、分散さ
れる含有量を高めることが困難となる不具合がある。従
って、本発明の目的は、従来からの問題である複合電解
めっきにおける複合分散めっきの高速化が可能であり、
特に大口径ピストンリング等のように大型ワークに対し
てもコンパクトな装置で経済的に処理可能であり、良好
な耐摩耗性、耐焼付性及び初期馴染み性が要求されるリ
ング外周摺動面に好適な複合めっき法及びその装置を提
供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明による複合めっき
法は、母材の被めっき面を電解洗浄して脱脂する工程、
脱脂した被めっき面を酸性活性化電解する工程、母材を
回転させてその被めっき面に陽極体を接触させて摩擦し
ながら金属硬質粒子または固体潤滑剤粒子を懸濁しため
っき液を被めっき面に電着させて複合分散めっき層を形
成する工程、を含んでいる。ここで、金属硬質粒子に
は、金属炭化物、金属窒化物、金属酸化物等がある。ま
た、固体潤滑剤粒子には、窒化硼素、二硫化モリブデ
ン、フッ化黒鉛、テフロン等を用いることができる。ま
た、母材にはピストンリングが好適であり、その少なく
とも外周面を被めっき面とすることができる。本発明の
めっき装置は、回転可能に支持された母材の被めっき面
に接触して懸濁めっき液を供給する陽極体と、母材の被
めっき面にばね力を受けて接触して通電される陰極端子
と、を含み、陽極体は懸濁めっき液が循環して注入され
るケースと、ケース内に設けられてめっき液が浸透可能
に多孔成形された黒鉛陽極と、黒鉛陽極に接合されて母
材の被めっき面に接触して摩擦する懸濁めっき液の浸透
が可能な繊維質の摩擦材と、を備え、回転中の母材の被
めっき面に懸濁めっき液を電着して複合分散めっき層を
形成する構成となっている。

【０００５】

【作用】母材の被めっき面が脱脂され、脱脂した被めっ
き面が酸性活性化電解される。回転中の母材の被めっき
面に陽極体を接触させて摩擦しながら懸濁めっき液が電
着される。被めっき面を擦って活性化するため、めっき
速度をアップでき、電着により形成された複合分散めっ
き層は耐摩耗性、耐焼付性、初期馴染み性に優れてい
る。

【０００６】

【実施例】以下、本発明による複合めっき法をピストン
リングに適用した実施例について図を用いて説明する。
図１及び図２は、例えば仕様が呼び径：１２０ｍｍ、
幅：３ｍｍ、厚さ：４．５ｍｍによる鋼製の一般トラッ
ク自動車用エンジンのトップリング（以下、ワークと呼
ぶ）１０を示す。

【０００７】図３は、ワーク１０の外周摺動面にめっき
処理を行う装置を示す。めっき装置では、多数のワーク
１０を軸を揃えて積層して１本の筒状にしたものを回転
自在に支持できるようになっている。また、こうした積
層体のワーク１０の全外周摺動面に押し当てられる陽極
体２０が配置され、陽極体２０はワークの曲率に沿った
湾曲形のケース２１を有し、ケース２１に設けられた陽
極電極である支持棒２２を介して陽極体２０全体が固定
されている。ケース２１内には注入管２３を通して溶液
冷却タンク２４からめっき液が注入されるようになって
いる。また、ケース２１の内部には電極である黒鉛陽極
２５が充填され、多孔状に成形された黒鉛陽極２５には
注入管２３から送られためっき液の浸透が可能である。
黒鉛陽極２５のワーク１０に臨む面は凹曲面をなし、こ
の凹曲面に沿って弓状にビニール繊維等の化学繊維、ま
たは網状の不織布やフェルト材による摩擦材２６が接着
されている。摩擦材２６もまためっき液の浸透が可能で
あり、この摩擦材２６を回転中のワーク１０の外周面に
接触させてめっき液を塗布するようになっている。

【０００８】また、ワーク１０の直下には、めっき処理
中にワーク１０から滴下するめっき液を回収するトレイ
２７が配置してあり、このトレイ２７に回収されためっ
き液をフィルタ２８を通してポンプ２９で再び溶液冷却
タンク２４に戻す循環システムが採られている。

【０００９】一方、ワーク１０に接触できる位置には陰
極端子３０が配置され、この陰極端子３０には通電さ
れ、スプリング３１によって陰極端子３０を回転中のワ
ーク１０の外周面に押圧接触させる可能である。

【００１０】次に、以上のようなめっき処理装置でもっ
てワーク１０に複合めっき法によりめっきを施す工程を
順に説明する。まず、〔工程１〕では、次の「表１」に
示す浴組成及び条件によって、めっき処理するワーク１
０の外周面を電解洗浄して脱脂する。

【表１】 次に、〔工程２〕として、脱脂処理を行ったワーク１０
の外周面を今度は「表２」に示す浴組成及び条件でもっ
て酸性活性化電解する。 （以下この頁余白）

【表２】

【００１１】次いで、〔工程３〕では、図３に示すよう
に、駆動を伝えて回転中のワーク１０の外周面に陽極体
２０の摩擦材２６を押し当てて接触させる。同時に、陰
極端子３０をスプリング３１の付勢力でワーク１０の外
周面に接触させ、陽極体２０との電気回路に通電が行わ
れる。陽極体２０のケース２１には注入管２３を通して
溶液冷却タンク２４からめっき液が注入される。めっき
液の組成は、「表３」に示す硬質粒子または固体潤滑剤
粒子を懸濁させたものである。 （この頁以下余白）

【表３】 （以下この頁余白） 陽極体２０に注入されためっき液は黒鉛陽極２５から摩
擦材２６へ浸透する。このようにして回転中のワーク１
０の外周面に摩擦材２６を擦り着けながら、ワーク１０
の外周面にＣｏ−Ｎｉ−Ｐ合金酸化クロムによる分散複
合めっきの１００μｍを電着させる。回転中のワーク１
０の外周面は摩擦材２６が常時摺り合わされることで活
性化し、この活性面に陽極体２０側の各部材を通して一
定量の粒子懸濁めっき液が供給されることになる。

【００１２】また、〔工程４〕では、〔工程３〕で電着
が終了したワーク１０の外周表面を例えばバフ研磨など
して仕上げ、この後に４００℃で１時間の熱処理を行
う。

【００１３】ここで、めっき液に含まれる硬質粒子は、
金属炭化物、金属窒化物や金属酸化物等が好適である。
また、固体潤滑剤粒子はボロンナイトライドや二硫化モ
リブデン、フッ化黒鉛及びテフロン等が好適である。こ
れらの粒子の大きさは、耐摩耗性や耐焼付性を考慮する
と、陽極体２０の摩擦材２６とワーク１０の外周面との
接触面間隙に安定的にめっき液を供給するために０．５
〜５．０μｍが好ましい。また、めっき液中に懸濁させ
る分散材の量は、分散粒子の高い含有率と均一な分散状
態を得るために５〜５０ｇ／ｌが好ましい。５０ｇ／ｌ
以上になると、分散粒子がワーク１０と摩擦材２６との
接触面間隙や、循環系統の配管を閉塞させる恐れがあ
る。５ｇ／ｌ以下の場合、皮膜中に含有される分散粒子
の含有率が低くなり、耐摩耗性や耐スカッフィング性が
劣化することになる。また、懸濁めっき液中の分散粒子
がワーク１０の外周面と黒鉛電極２５との間に堆積する
と電気抵抗が高くなり、析出が低下してしまうことがあ
る。

【００１４】次に、ワーク１０であるトップリングに採
用した本発明の複合めっき法の優位性を比較するうえ
で、実施例のワーク１０と同一素材及び形状のトップリ
ングを「比較例１」として、この外周面に硬質クロムめ
っきを厚さ１００μｍで電着させたものを準備した。ま
た、「比較例２」として、同一素材及び形状のトップリ
ングを用意し、これに従来の浸漬めっき法によって同質
めっき液で懸濁した粒子の含有量が１００ｇ／ｌに高め
られた浴組成によりめっき処理を行った。即ち、Ｃｏ−
Ｎｉ−Ｐ合金酸化クロムの分散複合めっきを厚さ１００
μｍで電着させた。これら比較例１、２の両サンプル共
に電着後は、前述の〔工程４〕のようにサンプル外周面
を仕上げて４００℃で１時間の熱処理を行った。

【００１５】実施例及び比較例１、２の計３個のサンプ
ルを実際に６気筒水冷４サイクルエンジンのトップリン
グとして着装し、馴らし運転後、全負荷で回転速度４３
００ｒｐｍにより２００時間運転の耐久テストを行っ
た。「表４」は、各サンプルのトップリングとシリンダ
との摺動面を観察し、摩耗量について測定した結果を示
す。

【表４】 「表４」から明らかなように、本発明による実施例のサ
ンプルの場合、比較例１、２に比べて摩耗量の点では相
手シリンダと同様に極端に減少し、また表面状態は良好
であって耐摩耗性、耐焼付性に優れている。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による複合
めっき法は、例えばピストンリング等の摺動部材の摺動
面に好適であり、めっき処理中はワークであるピストン
リングの外周面を摩擦材でもって擦るため、電着界面の
活性化が促進される。即ち、活性化されながら電着が行
われるので密着性が良好であり、粒子の含有率が高めら
れ、電着めっき速度もアップして、得られた複合めっき
層は緻密で耐摩耗性、耐焼付性、そして初期馴染み性に
優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による複合めっき法が適用される実施
例のピストンリング（トップリング）の平面図。

【図２】 図１のＡ−Ａ線によるピストンリングの断面
図。

【図３】 本発明の複合めっき装置の概略図。

【符号の説明】

１０．．ピストンリング、１１．．複合分散めっき層、
２０．．陽極体、２１．．ケース、２３．．めっき液注
入管、２５．．黒鉛陽極、２６．．摩擦材、３０．．陰
極端子、３１．．スプリング、２４．．溶液冷却タン
ク、２７．．回収トレイ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】母材の被めっき面を電解洗浄して脱脂する
   工程、 脱脂した被めっき面を酸性活性化電解する工程、 母材を回転させてその被めっき面に陽極体を接触させて
   摩擦しながら金属硬質粒子または固体潤滑剤粒子を懸濁
   しためっき液を被めっき面に電着させて複合分散めっき
   層を形成する工程、を含む複合めっき法。
2. 【請求項２】金属硬質粒子が、金属炭化物、金属窒化
   物、金属酸化物のいずれかである「請求項１」に記載の
   複合めっき法。
3. 【請求項３】固体潤滑剤粒子が、窒化硼素、二硫化モリ
   ブデン、フッ化黒鉛、テフロンのいずれかである「請求
   項１」に記載の複合めっき法。
4. 【請求項４】母材がピストンリングであり、その少なく
   とも外周面を被めっき面とした「請求項１」に記載の複
   合めっき法。
5. 【請求項５】回転可能に支持された母材の被めっき面に
   接触して懸濁めっき液を供給する陽極体と、母材の被め
   っき面にばね力を受けて接触して通電される陰極端子
   と、を含み、陽極体は懸濁めっき液が循環して注入され
   るケースと、ケース内に設けられてめっき液が浸透可能
   に多孔成形された黒鉛陽極と、黒鉛陽極に接合されて母
   材の被めっき面に接触して摩擦する懸濁めっき液の浸透
   が可能な繊維質の摩擦材と、を備え、回転中の母材の被
   めっき面に懸濁めっき液を電着して複合分散めっき層を
   形成することを特徴とするめっき装置。