クロムめっき装置
【課題】クロム層に対してより高い圧縮残留応力を安定して付与することができるクロムめっき装置を提供する。
【解決手段】パルス電源３内部のインダクタンスと、パルス電源３から第５，第６アノード電極Ｙ５，Ｙ６に至る配線のインダクタンスと、パルス電源３から第１，第１０カソード電極Ｋ１，Ｋ１０に至る配線のインダクタンスとを合計した往復インダクタンスを、0.5〜6.8μH範囲の所定値に設定するか、パルス波形の立上り・立下り時間の合計を0.04〜0.38ms範囲の所定値に設定し、アノード電極Ｙに挿入された各ワークＷの表層部に２５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有する、クラックのないクロム層を析出させる。
【解決手段】パルス電源３内部のインダクタンスと、パルス電源３から第５，第６アノード電極Ｙ５，Ｙ６に至る配線のインダクタンスと、パルス電源３から第１，第１０カソード電極Ｋ１，Ｋ１０に至る配線のインダクタンスとを合計した往復インダクタンスを、0.5〜6.8μH範囲の所定値に設定するか、パルス波形の立上り・立下り時間の合計を0.04〜0.38ms範囲の所定値に設定し、アノード電極Ｙに挿入された各ワークＷの表層部に２５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有する、クラックのないクロム層を析出させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク表面にパルス電流を利用して硬質のクロム層を析出させるためのクロムめっき装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルス電流を利用して、いわゆるパルスめっきを行うことで、クラックのないクロム層を形成できることが従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、従来一般のパルスめっき方法によれば、めっき処理後のクロム層にクラックがなくても、熱履歴を受けるとクロム層に大きなクラック（マクロクラック）が発生することがあり、熱履歴を受ける部品への適用は断念せざるを得ない状況にあった。
【０００３】
そこで、特許文献２には、めっき浴中でパルス電流のパルス波形を調整しながらクロムめっきを行い、クロム層に１００ＭＰａ以上の圧縮残留応力を付与するクロムめっき方法が開示されている。この方法によれば、クロム層に付与された圧縮残留応力が新たなクラック発生を抑制するように作用し、熱履歴を経ても良好な耐食性が維持されるようになる。
【０００４】
ところで、電気めっき処理には、ワークを処理槽内で連続に流して処理を行う連続処理と複数のワークを処理槽内に入れてバッチ式に処理を行うバッチ処理とがあるが、多品種少量生産を行うには、効率的にバッチ処理が有利となっている。しかるに、上記した特許文献２に記載される方法によりクロムめっきをバッチ処理で行うと、同じ処理ロット内でも、得られるクロム層の圧縮残留応力にかなりのばらつきがあり、上記した１００ＭＰａ以上の圧縮残留応力を満足するワーク（部品）を安定的に得ることが困難であった。
【０００５】
このため、特許文献３には、各ワークに供給するパルス電流の波形を、パルス電源から各ワークに至る配線のインダクタンスを調整して、ワークによらず一様にすることが提案されている。これによれば、各ワークに印加されるパルス電流を同等に近づけて通電することが可能となり、ワーク間における圧縮残留応力のばらつきを最小限に抑えることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２０７８８４号公報
【特許文献２】特開２０００−１９９０９５号公報
【特許文献３】特開２００６−１２６８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、本発明者等の実験によれば、クロム層の圧縮残留応力が１５０ＭＰａ（−１５０ＭＰａ）の場合には、２５０℃×２ｈの熱処理でクロム層にマクロクラックが発生するのに対し、２４０ＭＰａ以上の圧縮残留応力（−２４０ＭＰａ以下）であれば、４００℃×２ｈの熱処理を施しても、クロム層にマクロクラックが発生しないことが確認されている。このことから、熱履歴に対してクロム層を安定させるには、より高い圧縮残留応力を安定して得ることが重要となるが、上記特許文献２に記載される発明はもとより、上記特許文献３に記載される発明でも、前記した２４０ＭＰａ以上望ましくは２５０ＭＰａ以上となるような高い圧縮残留応力が安定して得られる保証がなく、さらなる改良が望まれていた。
【０００８】
本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、クロム層に対してより高い圧縮残留応力を安定して付与することができるクロムめっき装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、クロム層に対しより高い圧縮残留応力を付与する手段について鋭意検討する中、パルス電源から各ワークに至る配線の往復インダクタンスを、配線の断面形状、長さ、間隔等を調整してできるだけ小さくすることが効果的であり、また、パルス電流の立上り・立下り時間をできるだけ短くすることが効果的であることを見出した。さらに、パルス電源から各ワークに至る配線の往復インダクタンスを極端に小さくし、あるいはパルス電流の立上り・立下り時間を極端に短くすると、パルス波形にアンダーシュートやオーバーシュートが生じやすくなり、かえって高い圧縮残留応力を得ることが困難になる場合があることも分かった。
【００１０】
本発明は、上記した知見に基づいてなされたもので、第１の発明は、クロムめっき浴中に複数のワークを浸漬し、パルス電流を利用してワーク表面に圧縮残留応力を有するクロム層を析出させるクロムめっき装置において、パルス電源から各ワークに至る配線の往復インダクタンスを６．８μＨ以下の所定値、望ましくは０．５〜６．８μＨ範囲の所定値に設定したことを特徴とする。
【００１１】
また、第２の発明は、クロムめっき浴中に複数のワークを浸漬し、パルス電流を利用してワーク表面に圧縮残留応力を有するクロム層を析出させるクロムめっき装置において、パルス波形の立上り・立下り時間の合計を０．３８ｍｓ以下の所定値、望ましくは０．０４〜０．３８ｍｓ範囲の所定の値に設定したことを特徴とする。
【００１２】
上記第１の発明および第２の発明において、クロム層の圧縮残留応力は、特にその大きさを限定するものでないが、２５０ＭＰａ以上の高い圧縮残留応力を有するクロム層を析出させる構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るクロムめっき装置よれば、パルス電源から各ワークに至る配線の往復インダクタンス、またはパルス電流の立上り・立下り時間の合計を所定の範囲に収めることで、各ワークに対してより高い圧縮残留応力、一例として２５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有するクロム層を安定して析出させることができ、クロムめっき部品の耐熱性の向上に大きく寄与するものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るクロムめっき装置の第１の実施形態を示したものである。本クロムめっき装置１は、有機スルフォン酸を含むめっき浴を収容した電気的絶縁材料からなるバッチ処理槽２を有し、クロムめっき浴中に１０個のワークＷ（Ｗ１〜Ｗ１０）を浸漬し、パルス電源３のパルス電流を利用してワークＷ表面に所望の圧縮残留応力を有するクロム層を析出させるようにしている。バッチ処理槽２には、ワークＷに対応して複数個の筒状のアノード電極Ｙ（陽極）が１列に所定間隔を空けて配置されている。複数個のアノード電極Ｙの上方にそれぞれ、これに対応してカソード電極Ｋが配置され、カソード電極Ｋの下部にワークＷがそれぞれ保持されている。ワークＷは、アノード電極Ｙ内に挿入され、アノード電極Ｙの内周壁に対向するようになっている。
【００１５】
以下、複数個のアノード電極Ｙについて、適宜、図１（Ａ）左から順番に第１、第２、 … 第１０アノード電極Ｙ１，Ｙ２， … Ｙ１０という。また、複数個のカソード電極Ｋについて、適宜、図１（Ｂ）左から順番に第１、第２、 … 第１０カソード電極Ｋ１，Ｋ２， … Ｋ１０という。
【００１６】
アノード電極Ｙは、図１（Ａ）および（Ｃ）に示すように、同等間隔に配置されたフック部材５を介して板状の陽極保持体６に接続されている。陽極保持体６は、その中央部でパルス電源３の正極端子３ａに、陽極側ブスバー７を介して接続（以下、当該接続部を給電ポイント８という。）されている。陽極側ブスバー７は、一端部がパルス電源３の正極端子３ａに接続される略Ｌ字形の板状の陽極側ブスバー本体９と、陽極側ブスバー本体９の他端部に一端部が接続された陽極側ブスバー延長板１０とからなり、陽極側ブスバー延長板１０の他端部が陽極保持体６の給電ポイント８に接続されている。
【００１７】
カソード電極Ｋは、図１（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、バッチ処理槽２の上方に配置された板状の陰極保持体１５に接続されている。陰極保持体１５は、その両端部でパルス電源３の負極端子３ｂに、陰極側ブスバー１６を介して接続されている。陰極側ブスバー１６は、一端部がパルス電源３の負極端子３ｂに接続される略Ｌ字形の板状の陰極側ブスバー本体１７と、陰極側ブスバー本体１７の他端部に接続された略コ字形の陰極側ブスバー延長部１８とからなっている。陰極側ブスバー延長部１８は、板状の延長部本体１９と、延長部本体１９の両端部に直交して連接された直交板（以下、便宜上、図１左側のものを第１直交板２０、図１右側のものを第２直交板２１という。）とからなっており、第１、第２直交板２０，２１がそれぞれ陰極保持体１５の端部に接続されている。
【００１８】
陽極側ブスバー本体９及び陰極側ブスバー本体１７は、絶縁部材２２を介して極力近接させて重ね合わせて配置されており、電流が逆方向に流れること等に伴いインダクタンスが小さいものになるようにされている。また、陰極側ブスバー本体１７の他端部側には、延長部本体１９における第１直交板２０側部分が絶縁部材２３を介して接合されている。
【００１９】
パルス電源３から供給された電流は、陽極側ブスバー７を通って給電ポイント８に給電され、陽極保持体６を通って、バッチ処理槽２内に配置されたアノード電極Ｙ（第１、第２、 … 第１０アノード電極Ｙ１，Ｙ２， … Ｙ１０）に給電される。さらに、前記電流は、めっき液を介して各ワークＷにめっき層を形成し、ワークＷを通してカソード電極Ｋ（第１、第２、 … 第１０カソード電極Ｋ１，Ｋ２， … Ｋ１０）に流れ、陰極側ブスバー１６を通ってパルス電源３に戻る。このように電流が流れる過程で、給電ポイント８に給電された電流は、給電ポイント８から各アノード電極Ｙに分流されて各ワークＷに流れる。そして、各ワークＷに流れた電流は、陰極保持体１５の両端側に向けて流れることになる。
【００２０】
上述したような態様で電流が流れることに着目し、本実施の形態では、隣接するアノード電極Ｙ間（陽極保持体６における隣接するアノード電極Ｙ間の配線部分、フック部材５が対象となる。）の各インダクタンス、および隣接するカソード電極Ｋ間の配設部分（陰極保持体１５における隣接するカソード電極Ｋ間の配線部分が対象となる。）の各インダクタンスを同等値（本実施の形態では0.075μH）に設定している。
【００２１】
なお、電極のインダクタンスは、自己インダクタンスおよび相互インダクタンスからなり、自己インダクタンスは、その材質（透磁率）及び形状（長さ、太さ；断面積）で決定され、相互インダクタンスは、これらに隣り合う電極間の距離が影響することが知られている。本実施形態では、前記インダクタンスを決定するための要素及び影響事項を調整して、各インダクタンスを同等値に設定している。
【００２２】
また、パルス電源３内部のインダクタンスと、パルス電源３から第５，第６アノード電極Ｙ５，Ｙ６に至る配線のインダクタンスと、パルス電源３から第１，第１０カソード電極Ｋ１，Ｋ１０に至る配線のインダクタンスとを合計して、0.5〜6.8μH範囲の所定値に設定している。
【００２３】
本第１の実施形態においては、上記クロムめっき装置１を利用して、有機スルフォン酸を含むめっき浴中にワークＷを浸漬し、パルス電流を利用しためっき処理（以下、これをパルスめっき処理という）を行うようにする。ここで、パルスめっき処理の条件としては、図２に示すような電流パターンを採用している。
【００２４】
図２において、パルス電流の波形は、最大電流密度IUと最小電流密度ILとの間を交番し、かつ最大電流密度IUと最小電流密度ILとに所定時間T1、T2保持する形態となっている。最小電流密度ILは、ここではゼロ（オフ）に設定しているが、最大電流密度IUとゼロとの間の任意の値に設定してもよいことはもちろんである。また、保持時間T1およびT2については、同一の値に設定しても異なる値に設定してもよい。
【００２５】
本第１の実施形態においては、最初に、上記最大電流密度IUおよび最小電流密度IL（ここでは、IL＝０）、並びにそれらの電流密度に保持する保持時間T1およびT2を適当な値に設定してパルスめっき処理を行い、図３に示すように鋼母材（ワークＷ）Ｍの表面に所望の圧縮残留応力を有するクラックのないクロム層Ｓを析出させる。クロム層Ｓは、ここでは、２５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有するように形成されている。しかして、パルス電源３から各ワークＷ１〜Ｗ１０間に至る配線の往復インダクタンスは0.5〜6.8μH範囲の所定値に設定されているので、各ワークＷ１〜Ｗ１０に供給される電流のパルス波形は一様となり、全てのワークＷ１〜Ｗ１０で前記した高レベルの圧縮残留応力が得られるようになる。
【００２６】
このようにして得られたクロムめっき部品は、クラックのないクロム層Ｓを設けているので、腐食原因となる媒体が鋼母材Ｍの金属素地まで達せず、所望の耐食性が確保される。しかも、このクロム層Ｓは、高い圧縮残留応力を有しているので、熱履歴を経ても新たなクラック発生が起ることはなく、優れた耐食性が維持される。
【００２７】
上記第１の実施形態は、隣接するアノード電極Ｙ間の配線のインダクタンスおよび隣接するカソード電極Ｋ間の配線のインダクタンスが十分小さい場合を例にし、前記インダクタンスが同等になるように設定して各ワークＷに均等のパルス電流が流れるようにした場合を例にしたが、本発明は、図４に示す構成とすることもできる（第２の実施形態）。
【００２８】
この第２の実施形態としてのクロムめっき装置１´は、前記陽極保持体６について、第５、第６アノード電極Ｙ５，Ｙ６〔給電ポイント８（パルス電源３との接続部）に相当する〕から離間する（すなわち、端部側になる）に従い、断面積（厚さ）を変えることにより電極間の配線のインダクタンスが大きくなるように設定している。また、前記陰極保持体１５について、第１、第１０カソード電極Ｋ１、Ｋ１０〔パルス電源３との接続部に相当する〕から離間する（すなわち、中央部分になる）に従い、断面積（厚さ）を変えることにより電極間の配線のインダクタンスが大きくなるように設定している。
【００２９】
本第２の実施形態においては、給電ポイント８に近いワークＷ及び給電ポイント８から離間した各ワークＷに対して流れるパルス電流は、立上り、立下りを含めて重なるものとなり、各ワークＷに対して同等のパルス電流が供給され、めっき処理を同等に行え、より一層品質の均一化を図れるようになる。
【実施例１】
【００３０】
図１に示したクロムめっき装置１を用い、JIS Ｓ45Ｃからなる鋼棒（直径12.5mm，長さ350mm，めっき長300mm ）１０本を供試材とし、クロム酸290 g/L 、硫酸根4.2 g/L 、有機スルフォン酸12g/L の成分組成のクロムめっき浴中に浸漬し、先ず浴温70℃、最大電流密度IU＝200 A/dm2 、最小電流密度IL＝０ A/dm2（図２のパターン）、最大電流密度IUにおける保持時間（オンタイム）T1＝0.9 ms、最小電流密度ILにおける保持時間（オフタイム）T2＝0.5 ms の条件でパルスめっき処理を行い、供試材表面に厚さ約15μｍのクロム層Ｓ（図３）を形成した。
【００３１】
また、パルス電源３内部のインダクタンスと、パルス電源３から第５，第６アノード電極Ｙ５，Ｙ６に至る配線のインダクタンスと、パルス電源３から第１，第１０カソード電極Ｋ１，Ｋ１０に至る配線のインダクタンスとを合計したインダクタンス（往復インダクタンス）を、6.8μH(A)，6.0μH(B)，5.2μH(C)，3.6μH(D)，2.7μH(E)，1.9μH(F)，1.1μH(G)，0.7μH(H)，0.5μH(I)および8.4μH(Z)に設定した。
【００３２】
上述したように往復インダクタンスを設定したことに対応し、図５に示すように、クロムめっき装置１の等価回路に相当するシミュレーションモデルを用いて、ワークＷに流れるパルス電流を求める演算を行った。この演算により、図６Ａ〜Ｅ、図７Ｆ〜Ｉ，Ｚに示す結果が得られた。なお、図中、Ｕは給電ポイント８に近いワークＷに流れるパルス電流の波形を、Ｖは給電ポイント８から離間したワークＷに流れるパルス電流の波形をそれぞれ表している。
【００３３】
図６および７に示す結果より、給電ポイント８に近いワークＷに流れるパルス電流の波形Ｕと給電ポイント８から離間したワークＷに流れるパルス電流の波形Ｖとは立上り、立下りにおいて、わずかにずれが生じるものの、両者のパルス波形に大きな差がなく、各ワークＷに対して略同等のパルス電流が供給される明らかになった。
【００３４】
また、往復インダクタンスが小さくなるほど、立上り時間、立下り時間ともに短くなる傾向にあり、往復インダクタンスが0.5〜6.8μH範囲では、立上り・立下り時間の合計が0.04〜0.39msと短くなっている。ただし、往復インダクタンスが小さくなるに従って、オーバーシュート（立上り時）およびアンダーシュート（立下り時）が生じる傾向が強くなるので、往復インダクタンスの下限としては0.5μHが、立上り・立下り時間の合計としては0.04msが限界である。なお、往復インダクタンスが8.4μHに設定した場合は（Ｚ：比較例）、オーバーシュートおよびアンダーシュートがわずかであるものの、立上り・立下り時間の合計が0.40msを超えるパルス波形となる。
【実施例２】
【００３５】
図４に示したクロムめっき装置１´を用い、実施例１と同じ鋼棒１０本（鋼棒Ｎｏ.１〜１０）を供試材とし、実施例１と同じめっき条件でパルスめっき処理を行い、供試材表面に厚さ約15μｍのクロム層Ｓ（図３）を形成した。
【００３６】
ここで、第４、第５アノード電極Ｙ４、Ｙ５間の配線のインダクタンスを0.03μH、第３、第４アノード電極Ｙ３，Ｙ４間の配線のインダクタンスを0.06μH、第２、第３アノード電極Ｙ２，Ｙ３間の配線のインダクタンスを0.09μH、第１、第２アノード電極Ｙ１，Ｙ２間の配線のインダクタンスを0.12μHとし、また、第６、第７アノード電極Ｙ６，Ｙ７間の配線のインダクタンスを0.03μH、第７、第８アノード電極Ｙ７，Ｙ８間の配線のインダクタンスを0.06μH、第８、第９アノード電極Ｙ８，Ｙ９間の配線のインダクタンスを0.09μH、第９、第１０アノード電極Ｙ９，Ｙ１０間の配線のインダクタンスを0.12μHとしている。
【００３７】
また、第１、第２カソード電極Ｋ１，Ｋ２間の配線のインダクタンスを0.03μH、第２、第３カソード電極Ｋ２，Ｋ３間の配線のインダクタンスを0.06μH、第３、第４カソード電極Ｋ３，Ｋ４間の配線のインダクタンスを0.09μH、第４、第５カソード電極Ｋ４，Ｋ５間の配線のインダクタンスを0.12μHとし、また、第９、第１０カソード電極Ｋ９，Ｋ１０間の配線のインダクタンスを0.03μH、第８、第９カソード電極Ｋ８，Ｋ９間の配線のインダクタンスを0.06μH、第７、第８カソード電極Ｋ７，Ｋ８間の配線のインダクタンスを0.09μH、第６、第７カソード電極Ｋ６，Ｋ７間の配線のインダクタンスを0.12μHとしている。
【００３８】
一方、パルス電源３内部のインダクタンスと、パルス電源３から第５，第６アノード電極Ｙ５，Ｙ６に至る配線のインダクタンスと、パルス電源３から第１，第１０カソード電極Ｋ１，Ｋ１０に至る配線のインダクタンスとを合計した往復インダクタンスは、実施例１と同じく、6.8μH(A)，6.0μH(B)，5.2μH(C)，3.6μH(D)，2.7μH(E)，1.9μH(F)，1.1μH(G)，0.7μH(H)，0.5μH(I)および8.4μH(Z)に設定した。
【００３９】
上述したように往復インダクタンスを設定したことに対応し、前記図５に示したものと実質的に同じ、クロムめっき装置１´の等価回路に相当するシミュレーションモデルを用いて、ワークＷに流れるパルス電流を求める演算を行った。この演算により、図８Ａ〜Ｅ、図９Ｆ〜Ｉ，Ｚに示す結果が得られた。なお、図中、Ｕは給電ポイント８に近いワークＷに流れるパルス電流の波形を、Ｖは給電ポイント８から離間したワークＷに流れるパルス電流の波形をそれぞれ表している。
【００４０】
図８および９に示す結果より、給電ポイント８に近いワークＷに流れるパルス電流の波形Ｕと給電ポイント８から離間したワークＷに流れるパルス電流の波形Ｖとは立上り、立下りを含めて重なるものとなり、各ワークＷに対して略同等のパルス電流が供給される明らかである。
【００４１】
また、往復インダクタンスが小さくなるほど、立上り時間、立下り時間ともに短くなる傾向にあり、往復インダクタンスが0.5〜6.8μH範囲では、立上り・立下り時間の合計が0.04〜0.39msと短くなっている。また、往復インダクタンスが小さくなっても、オーバーシュート（立上り時）およびアンダーシュート（立下り時）が生ずることはなくなっている。なお、往復インダクタンスが8.4μHに設定した場合は（Ｚ：比較例）、立上り・立下り時間の合計が0.40msを超えるパルス波形となる。
【００４２】
〔試験例〕
上記実施例１および２で得た各試料について、クロム層Ｓの残留応力を測定した。残留応力の測定は、日本非破壊検査協会編「非破壊検査」第３７巻第８号第 636〜642 頁に開示される「Ｘ線応力測定法」を用いて行った。
【００４３】
図１０は、実施例１の各試料について得られた残留応力を往復インダクタンスで整理して示したものである。なお、同図には、残留応力を最大値と最小値とに分けて示しており、以下の図においても同様とする。図１０に示す結果より、圧縮残留応力は往復インダクタンスが小さくなるほど大きくなる傾向にあり、往復インダクタンス約6.8μH以下で２５０ＭＰａ以上（−２５０ＭＰａ以下）の高い圧縮残留応力が得られている。しかし、圧縮残留応力の最小値（最大残留応力）については、往復インダクタンスが約1.0μH以下でむしろ小さくなる傾向にある。これは、往復インダクタンスがあまり小さいと、パルス波形にオーバーシュートやアンダーシュートが生じる傾向が強くなるため（図７参照）と推定される。ただし、往復インダクタンスが0.5μH程度でも、２５０ＭＰａ程度の圧縮残留応力が得られており、したがって、２５０ＭＰａ以上の高い圧縮残留応力を得たい場合には、往復インダクタンスを0.5〜6.8μHの範囲の所定値に設定するのが望ましいことが分かる。
【００４４】
図１１は、実施例２の各試料について得られた残留応力を往復インダクタンスで整理して示したものである。図１０に示す結果より、圧縮残留応力は往復インダクタンスが小さくなるほど大きくなる傾向にあり、往復インダクタンス約6.8μH以下で２５０ＭＰａ以上（−２５０ＭＰａ以下）の高い圧縮残留応力が得られている。また、この実施例２の各試料においては、往復インダクタンスが約1.0μH以下でも圧縮残留応力の最小値（最大残留応力）が小さくなることはなく、したがって、２５０ＭＰａ以上の高い圧縮残留応力を得たい場合には、往復インダクタンスを6.8μH以下の範囲の所定値に設定するのが望ましいことが分かる。
【００４５】
図１２は、実施例１の各試料について得られた残留応力をパルス波形の立上り・立下り時間の合計値で整理して示したものである。図１１に示す結果より、圧縮残留応力は立上り・立下り時間の合計値が小さくなるほど大きくなる傾向にあり、立上り・立下り時間の合計値が約0.38msで２５０ＭＰａ以上（−２５０ＭＰａ以下）の高い圧縮残留応力が得られている。しかし、圧縮残留応力の最小値（最大残留応力）については、立上り・立下り時間の合計値が約0.08ms以下でむしろ小さくなる傾向にある。これは、立上り・立下り時間の合計値があまり小さいと、パルス波形にオーバーシュートやアンダーシュートが生じる傾向が強くなるため（図７参照）と推定される。ただし、立上り・立下り時間の合計値が0.05ms程度でも、２５０ＭＰａ程度の圧縮残留応力が得られており、したがって、２５０ＭＰａ以上の高い圧縮残留応力を得たい場合には、立上り・立下り時間の合計値を0.05〜0.38msの範囲の所定値に設定するのが望ましいことが分かる。
【００４６】
図１２は、実施例２の各試料について得られた残留応力をパルス波形の立上り・立下り時間の合計値で整理して示したものである。図１２に示す結果より、圧縮残留応力は立上り・立下り時間の合計値が小さくなるほど大きくなる傾向にあり、立上り・立下り時間の合計値が約0.38ms以下で２５０ＭＰａ以上（−２５０ＭＰａ以下）の高い圧縮残留応力が得られている。また、この実施例２の各試料においては、立上り・立下り時間の合計値が約0.08ms以下で圧縮残留応力の最小値（最大残留応力）が小さくなることはなく、したがって、２５０ＭＰａ以上の高い圧縮残留応力を得たい場合には、立上り・立下り時間の合計値を0.38ms以下の範囲の所定値に設定するのが望ましいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るクロムめっき装置を模式的に示す図であり、（Ａ）はその平面断面図、（Ｂ）は正面断面図、（Ｃ）は側面断面図である。
【図２】図１のクロムめっき装置に係るクロムめっき方法におけるパルス電流の波形の一例を示すグラフである。
【図３】図１のクロムめっき装置に係るクロムめっき方法により得たクロムめっき部品の表層部の状態を示す模式図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るクロムめっき装置を模式的に示す図であり、（Ａ）はその平面断面図、（Ｂ）は正面断面図である。
【図５】図１、図４のクロムめっき装置のシミュレーションモデルを示す回路図である。
【図６】図１のクロムめっき装置のシミュレーションモデルで得られた演算結果を示したもので、往復インダクタンスの大きさ（Ａ）〜（Ｅ）ごとの波形図である。
【図７】図１のクロムめっき装置のシミュレーションモデルで得られた演算結果を示したもので、往復インダクタンスの大きさ（Ｆ）〜（Ｉ）、（Ｚ）ごとの波形図である。
【図８】図４のクロムめっき装置のシミュレーションモデルで得られた演算結果を示したもので、往復インダクタンスの大きさ（Ａ）〜（Ｅ）ごとの波形図である。
【図９】図４のクロムめっき装置のシミュレーションモデルで得られた演算結果を示したもので、往復インダクタンスの大きさ（Ｆ）〜（Ｉ）、（Ｚ）ごとの波形図である。
【図１０】本発明の実施例１で得られた各試料についての残留応力の測定結果を往復インダクタンスで整理して示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例２で得られた各試料についての残留応力の測定結果を往復インダクタンスで整理して示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例１で得られた各試料についての残留応力の測定結果を立上り・立下り時間の合計値で整理して示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例２で得られた各試料についての残留応力の測定結果を立上り・立下り時間の合計値で整理して示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１，１´ クロムめっき装置
３ パルス電源
６ 陽極保持体
８ 給電ポイント
１５ 陰極保持体
Ｙ アノード電極
Ｋ カソード電極
Ｗ ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク表面にパルス電流を利用して硬質のクロム層を析出させるためのクロムめっき装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルス電流を利用して、いわゆるパルスめっきを行うことで、クラックのないクロム層を形成できることが従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、従来一般のパルスめっき方法によれば、めっき処理後のクロム層にクラックがなくても、熱履歴を受けるとクロム層に大きなクラック（マクロクラック）が発生することがあり、熱履歴を受ける部品への適用は断念せざるを得ない状況にあった。
【０００３】
そこで、特許文献２には、めっき浴中でパルス電流のパルス波形を調整しながらクロムめっきを行い、クロム層に１００ＭＰａ以上の圧縮残留応力を付与するクロムめっき方法が開示されている。この方法によれば、クロム層に付与された圧縮残留応力が新たなクラック発生を抑制するように作用し、熱履歴を経ても良好な耐食性が維持されるようになる。
【０００４】
ところで、電気めっき処理には、ワークを処理槽内で連続に流して処理を行う連続処理と複数のワークを処理槽内に入れてバッチ式に処理を行うバッチ処理とがあるが、多品種少量生産を行うには、効率的にバッチ処理が有利となっている。しかるに、上記した特許文献２に記載される方法によりクロムめっきをバッチ処理で行うと、同じ処理ロット内でも、得られるクロム層の圧縮残留応力にかなりのばらつきがあり、上記した１００ＭＰａ以上の圧縮残留応力を満足するワーク（部品）を安定的に得ることが困難であった。
【０００５】
このため、特許文献３には、各ワークに供給するパルス電流の波形を、パルス電源から各ワークに至る配線のインダクタンスを調整して、ワークによらず一様にすることが提案されている。これによれば、各ワークに印加されるパルス電流を同等に近づけて通電することが可能となり、ワーク間における圧縮残留応力のばらつきを最小限に抑えることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２０７８８４号公報
【特許文献２】特開２０００−１９９０９５号公報
【特許文献３】特開２００６−１２６８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、本発明者等の実験によれば、クロム層の圧縮残留応力が１５０ＭＰａ（−１５０ＭＰａ）の場合には、２５０℃×２ｈの熱処理でクロム層にマクロクラックが発生するのに対し、２４０ＭＰａ以上の圧縮残留応力（−２４０ＭＰａ以下）であれば、４００℃×２ｈの熱処理を施しても、クロム層にマクロクラックが発生しないことが確認されている。このことから、熱履歴に対してクロム層を安定させるには、より高い圧縮残留応力を安定して得ることが重要となるが、上記特許文献２に記載される発明はもとより、上記特許文献３に記載される発明でも、前記した２４０ＭＰａ以上望ましくは２５０ＭＰａ以上となるような高い圧縮残留応力が安定して得られる保証がなく、さらなる改良が望まれていた。
【０００８】
本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、クロム層に対してより高い圧縮残留応力を安定して付与することができるクロムめっき装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、クロム層に対しより高い圧縮残留応力を付与する手段について鋭意検討する中、パルス電源から各ワークに至る配線の往復インダクタンスを、配線の断面形状、長さ、間隔等を調整してできるだけ小さくすることが効果的であり、また、パルス電流の立上り・立下り時間をできるだけ短くすることが効果的であることを見出した。さらに、パルス電源から各ワークに至る配線の往復インダクタンスを極端に小さくし、あるいはパルス電流の立上り・立下り時間を極端に短くすると、パルス波形にアンダーシュートやオーバーシュートが生じやすくなり、かえって高い圧縮残留応力を得ることが困難になる場合があることも分かった。
【００１０】
本発明は、上記した知見に基づいてなされたもので、第１の発明は、クロムめっき浴中に複数のワークを浸漬し、パルス電流を利用してワーク表面に圧縮残留応力を有するクロム層を析出させるクロムめっき装置において、パルス電源から各ワークに至る配線の往復インダクタンスを６．８μＨ以下の所定値、望ましくは０．５〜６．８μＨ範囲の所定値に設定したことを特徴とする。
【００１１】
また、第２の発明は、クロムめっき浴中に複数のワークを浸漬し、パルス電流を利用してワーク表面に圧縮残留応力を有するクロム層を析出させるクロムめっき装置において、パルス波形の立上り・立下り時間の合計を０．３８ｍｓ以下の所定値、望ましくは０．０４〜０．３８ｍｓ範囲の所定の値に設定したことを特徴とする。
【００１２】
上記第１の発明および第２の発明において、クロム層の圧縮残留応力は、特にその大きさを限定するものでないが、２５０ＭＰａ以上の高い圧縮残留応力を有するクロム層を析出させる構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るクロムめっき装置よれば、パルス電源から各ワークに至る配線の往復インダクタンス、またはパルス電流の立上り・立下り時間の合計を所定の範囲に収めることで、各ワークに対してより高い圧縮残留応力、一例として２５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有するクロム層を安定して析出させることができ、クロムめっき部品の耐熱性の向上に大きく寄与するものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るクロムめっき装置の第１の実施形態を示したものである。本クロムめっき装置１は、有機スルフォン酸を含むめっき浴を収容した電気的絶縁材料からなるバッチ処理槽２を有し、クロムめっき浴中に１０個のワークＷ（Ｗ１〜Ｗ１０）を浸漬し、パルス電源３のパルス電流を利用してワークＷ表面に所望の圧縮残留応力を有するクロム層を析出させるようにしている。バッチ処理槽２には、ワークＷに対応して複数個の筒状のアノード電極Ｙ（陽極）が１列に所定間隔を空けて配置されている。複数個のアノード電極Ｙの上方にそれぞれ、これに対応してカソード電極Ｋが配置され、カソード電極Ｋの下部にワークＷがそれぞれ保持されている。ワークＷは、アノード電極Ｙ内に挿入され、アノード電極Ｙの内周壁に対向するようになっている。
【００１５】
以下、複数個のアノード電極Ｙについて、適宜、図１（Ａ）左から順番に第１、第２、 … 第１０アノード電極Ｙ１，Ｙ２， … Ｙ１０という。また、複数個のカソード電極Ｋについて、適宜、図１（Ｂ）左から順番に第１、第２、 … 第１０カソード電極Ｋ１，Ｋ２， … Ｋ１０という。
【００１６】
アノード電極Ｙは、図１（Ａ）および（Ｃ）に示すように、同等間隔に配置されたフック部材５を介して板状の陽極保持体６に接続されている。陽極保持体６は、その中央部でパルス電源３の正極端子３ａに、陽極側ブスバー７を介して接続（以下、当該接続部を給電ポイント８という。）されている。陽極側ブスバー７は、一端部がパルス電源３の正極端子３ａに接続される略Ｌ字形の板状の陽極側ブスバー本体９と、陽極側ブスバー本体９の他端部に一端部が接続された陽極側ブスバー延長板１０とからなり、陽極側ブスバー延長板１０の他端部が陽極保持体６の給電ポイント８に接続されている。
【００１７】
カソード電極Ｋは、図１（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、バッチ処理槽２の上方に配置された板状の陰極保持体１５に接続されている。陰極保持体１５は、その両端部でパルス電源３の負極端子３ｂに、陰極側ブスバー１６を介して接続されている。陰極側ブスバー１６は、一端部がパルス電源３の負極端子３ｂに接続される略Ｌ字形の板状の陰極側ブスバー本体１７と、陰極側ブスバー本体１７の他端部に接続された略コ字形の陰極側ブスバー延長部１８とからなっている。陰極側ブスバー延長部１８は、板状の延長部本体１９と、延長部本体１９の両端部に直交して連接された直交板（以下、便宜上、図１左側のものを第１直交板２０、図１右側のものを第２直交板２１という。）とからなっており、第１、第２直交板２０，２１がそれぞれ陰極保持体１５の端部に接続されている。
【００１８】
陽極側ブスバー本体９及び陰極側ブスバー本体１７は、絶縁部材２２を介して極力近接させて重ね合わせて配置されており、電流が逆方向に流れること等に伴いインダクタンスが小さいものになるようにされている。また、陰極側ブスバー本体１７の他端部側には、延長部本体１９における第１直交板２０側部分が絶縁部材２３を介して接合されている。
【００１９】
パルス電源３から供給された電流は、陽極側ブスバー７を通って給電ポイント８に給電され、陽極保持体６を通って、バッチ処理槽２内に配置されたアノード電極Ｙ（第１、第２、 … 第１０アノード電極Ｙ１，Ｙ２， … Ｙ１０）に給電される。さらに、前記電流は、めっき液を介して各ワークＷにめっき層を形成し、ワークＷを通してカソード電極Ｋ（第１、第２、 … 第１０カソード電極Ｋ１，Ｋ２， … Ｋ１０）に流れ、陰極側ブスバー１６を通ってパルス電源３に戻る。このように電流が流れる過程で、給電ポイント８に給電された電流は、給電ポイント８から各アノード電極Ｙに分流されて各ワークＷに流れる。そして、各ワークＷに流れた電流は、陰極保持体１５の両端側に向けて流れることになる。
【００２０】
上述したような態様で電流が流れることに着目し、本実施の形態では、隣接するアノード電極Ｙ間（陽極保持体６における隣接するアノード電極Ｙ間の配線部分、フック部材５が対象となる。）の各インダクタンス、および隣接するカソード電極Ｋ間の配設部分（陰極保持体１５における隣接するカソード電極Ｋ間の配線部分が対象となる。）の各インダクタンスを同等値（本実施の形態では0.075μH）に設定している。
【００２１】
なお、電極のインダクタンスは、自己インダクタンスおよび相互インダクタンスからなり、自己インダクタンスは、その材質（透磁率）及び形状（長さ、太さ；断面積）で決定され、相互インダクタンスは、これらに隣り合う電極間の距離が影響することが知られている。本実施形態では、前記インダクタンスを決定するための要素及び影響事項を調整して、各インダクタンスを同等値に設定している。
【００２２】
また、パルス電源３内部のインダクタンスと、パルス電源３から第５，第６アノード電極Ｙ５，Ｙ６に至る配線のインダクタンスと、パルス電源３から第１，第１０カソード電極Ｋ１，Ｋ１０に至る配線のインダクタンスとを合計して、0.5〜6.8μH範囲の所定値に設定している。
【００２３】
本第１の実施形態においては、上記クロムめっき装置１を利用して、有機スルフォン酸を含むめっき浴中にワークＷを浸漬し、パルス電流を利用しためっき処理（以下、これをパルスめっき処理という）を行うようにする。ここで、パルスめっき処理の条件としては、図２に示すような電流パターンを採用している。
【００２４】
図２において、パルス電流の波形は、最大電流密度IUと最小電流密度ILとの間を交番し、かつ最大電流密度IUと最小電流密度ILとに所定時間T1、T2保持する形態となっている。最小電流密度ILは、ここではゼロ（オフ）に設定しているが、最大電流密度IUとゼロとの間の任意の値に設定してもよいことはもちろんである。また、保持時間T1およびT2については、同一の値に設定しても異なる値に設定してもよい。
【００２５】
本第１の実施形態においては、最初に、上記最大電流密度IUおよび最小電流密度IL（ここでは、IL＝０）、並びにそれらの電流密度に保持する保持時間T1およびT2を適当な値に設定してパルスめっき処理を行い、図３に示すように鋼母材（ワークＷ）Ｍの表面に所望の圧縮残留応力を有するクラックのないクロム層Ｓを析出させる。クロム層Ｓは、ここでは、２５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有するように形成されている。しかして、パルス電源３から各ワークＷ１〜Ｗ１０間に至る配線の往復インダクタンスは0.5〜6.8μH範囲の所定値に設定されているので、各ワークＷ１〜Ｗ１０に供給される電流のパルス波形は一様となり、全てのワークＷ１〜Ｗ１０で前記した高レベルの圧縮残留応力が得られるようになる。
【００２６】
このようにして得られたクロムめっき部品は、クラックのないクロム層Ｓを設けているので、腐食原因となる媒体が鋼母材Ｍの金属素地まで達せず、所望の耐食性が確保される。しかも、このクロム層Ｓは、高い圧縮残留応力を有しているので、熱履歴を経ても新たなクラック発生が起ることはなく、優れた耐食性が維持される。
【００２７】
上記第１の実施形態は、隣接するアノード電極Ｙ間の配線のインダクタンスおよび隣接するカソード電極Ｋ間の配線のインダクタンスが十分小さい場合を例にし、前記インダクタンスが同等になるように設定して各ワークＷに均等のパルス電流が流れるようにした場合を例にしたが、本発明は、図４に示す構成とすることもできる（第２の実施形態）。
【００２８】
この第２の実施形態としてのクロムめっき装置１´は、前記陽極保持体６について、第５、第６アノード電極Ｙ５，Ｙ６〔給電ポイント８（パルス電源３との接続部）に相当する〕から離間する（すなわち、端部側になる）に従い、断面積（厚さ）を変えることにより電極間の配線のインダクタンスが大きくなるように設定している。また、前記陰極保持体１５について、第１、第１０カソード電極Ｋ１、Ｋ１０〔パルス電源３との接続部に相当する〕から離間する（すなわち、中央部分になる）に従い、断面積（厚さ）を変えることにより電極間の配線のインダクタンスが大きくなるように設定している。
【００２９】
本第２の実施形態においては、給電ポイント８に近いワークＷ及び給電ポイント８から離間した各ワークＷに対して流れるパルス電流は、立上り、立下りを含めて重なるものとなり、各ワークＷに対して同等のパルス電流が供給され、めっき処理を同等に行え、より一層品質の均一化を図れるようになる。
【実施例１】
【００３０】
図１に示したクロムめっき装置１を用い、JIS Ｓ45Ｃからなる鋼棒（直径12.5mm，長さ350mm，めっき長300mm ）１０本を供試材とし、クロム酸290 g/L 、硫酸根4.2 g/L 、有機スルフォン酸12g/L の成分組成のクロムめっき浴中に浸漬し、先ず浴温70℃、最大電流密度IU＝200 A/dm2 、最小電流密度IL＝０ A/dm2（図２のパターン）、最大電流密度IUにおける保持時間（オンタイム）T1＝0.9 ms、最小電流密度ILにおける保持時間（オフタイム）T2＝0.5 ms の条件でパルスめっき処理を行い、供試材表面に厚さ約15μｍのクロム層Ｓ（図３）を形成した。
【００３１】
また、パルス電源３内部のインダクタンスと、パルス電源３から第５，第６アノード電極Ｙ５，Ｙ６に至る配線のインダクタンスと、パルス電源３から第１，第１０カソード電極Ｋ１，Ｋ１０に至る配線のインダクタンスとを合計したインダクタンス（往復インダクタンス）を、6.8μH(A)，6.0μH(B)，5.2μH(C)，3.6μH(D)，2.7μH(E)，1.9μH(F)，1.1μH(G)，0.7μH(H)，0.5μH(I)および8.4μH(Z)に設定した。
【００３２】
上述したように往復インダクタンスを設定したことに対応し、図５に示すように、クロムめっき装置１の等価回路に相当するシミュレーションモデルを用いて、ワークＷに流れるパルス電流を求める演算を行った。この演算により、図６Ａ〜Ｅ、図７Ｆ〜Ｉ，Ｚに示す結果が得られた。なお、図中、Ｕは給電ポイント８に近いワークＷに流れるパルス電流の波形を、Ｖは給電ポイント８から離間したワークＷに流れるパルス電流の波形をそれぞれ表している。
【００３３】
図６および７に示す結果より、給電ポイント８に近いワークＷに流れるパルス電流の波形Ｕと給電ポイント８から離間したワークＷに流れるパルス電流の波形Ｖとは立上り、立下りにおいて、わずかにずれが生じるものの、両者のパルス波形に大きな差がなく、各ワークＷに対して略同等のパルス電流が供給される明らかになった。
【００３４】
また、往復インダクタンスが小さくなるほど、立上り時間、立下り時間ともに短くなる傾向にあり、往復インダクタンスが0.5〜6.8μH範囲では、立上り・立下り時間の合計が0.04〜0.39msと短くなっている。ただし、往復インダクタンスが小さくなるに従って、オーバーシュート（立上り時）およびアンダーシュート（立下り時）が生じる傾向が強くなるので、往復インダクタンスの下限としては0.5μHが、立上り・立下り時間の合計としては0.04msが限界である。なお、往復インダクタンスが8.4μHに設定した場合は（Ｚ：比較例）、オーバーシュートおよびアンダーシュートがわずかであるものの、立上り・立下り時間の合計が0.40msを超えるパルス波形となる。
【実施例２】
【００３５】
図４に示したクロムめっき装置１´を用い、実施例１と同じ鋼棒１０本（鋼棒Ｎｏ.１〜１０）を供試材とし、実施例１と同じめっき条件でパルスめっき処理を行い、供試材表面に厚さ約15μｍのクロム層Ｓ（図３）を形成した。
【００３６】
ここで、第４、第５アノード電極Ｙ４、Ｙ５間の配線のインダクタンスを0.03μH、第３、第４アノード電極Ｙ３，Ｙ４間の配線のインダクタンスを0.06μH、第２、第３アノード電極Ｙ２，Ｙ３間の配線のインダクタンスを0.09μH、第１、第２アノード電極Ｙ１，Ｙ２間の配線のインダクタンスを0.12μHとし、また、第６、第７アノード電極Ｙ６，Ｙ７間の配線のインダクタンスを0.03μH、第７、第８アノード電極Ｙ７，Ｙ８間の配線のインダクタンスを0.06μH、第８、第９アノード電極Ｙ８，Ｙ９間の配線のインダクタンスを0.09μH、第９、第１０アノード電極Ｙ９，Ｙ１０間の配線のインダクタンスを0.12μHとしている。
【００３７】
また、第１、第２カソード電極Ｋ１，Ｋ２間の配線のインダクタンスを0.03μH、第２、第３カソード電極Ｋ２，Ｋ３間の配線のインダクタンスを0.06μH、第３、第４カソード電極Ｋ３，Ｋ４間の配線のインダクタンスを0.09μH、第４、第５カソード電極Ｋ４，Ｋ５間の配線のインダクタンスを0.12μHとし、また、第９、第１０カソード電極Ｋ９，Ｋ１０間の配線のインダクタンスを0.03μH、第８、第９カソード電極Ｋ８，Ｋ９間の配線のインダクタンスを0.06μH、第７、第８カソード電極Ｋ７，Ｋ８間の配線のインダクタンスを0.09μH、第６、第７カソード電極Ｋ６，Ｋ７間の配線のインダクタンスを0.12μHとしている。
【００３８】
一方、パルス電源３内部のインダクタンスと、パルス電源３から第５，第６アノード電極Ｙ５，Ｙ６に至る配線のインダクタンスと、パルス電源３から第１，第１０カソード電極Ｋ１，Ｋ１０に至る配線のインダクタンスとを合計した往復インダクタンスは、実施例１と同じく、6.8μH(A)，6.0μH(B)，5.2μH(C)，3.6μH(D)，2.7μH(E)，1.9μH(F)，1.1μH(G)，0.7μH(H)，0.5μH(I)および8.4μH(Z)に設定した。
【００３９】
上述したように往復インダクタンスを設定したことに対応し、前記図５に示したものと実質的に同じ、クロムめっき装置１´の等価回路に相当するシミュレーションモデルを用いて、ワークＷに流れるパルス電流を求める演算を行った。この演算により、図８Ａ〜Ｅ、図９Ｆ〜Ｉ，Ｚに示す結果が得られた。なお、図中、Ｕは給電ポイント８に近いワークＷに流れるパルス電流の波形を、Ｖは給電ポイント８から離間したワークＷに流れるパルス電流の波形をそれぞれ表している。
【００４０】
図８および９に示す結果より、給電ポイント８に近いワークＷに流れるパルス電流の波形Ｕと給電ポイント８から離間したワークＷに流れるパルス電流の波形Ｖとは立上り、立下りを含めて重なるものとなり、各ワークＷに対して略同等のパルス電流が供給される明らかである。
【００４１】
また、往復インダクタンスが小さくなるほど、立上り時間、立下り時間ともに短くなる傾向にあり、往復インダクタンスが0.5〜6.8μH範囲では、立上り・立下り時間の合計が0.04〜0.39msと短くなっている。また、往復インダクタンスが小さくなっても、オーバーシュート（立上り時）およびアンダーシュート（立下り時）が生ずることはなくなっている。なお、往復インダクタンスが8.4μHに設定した場合は（Ｚ：比較例）、立上り・立下り時間の合計が0.40msを超えるパルス波形となる。
【００４２】
〔試験例〕
上記実施例１および２で得た各試料について、クロム層Ｓの残留応力を測定した。残留応力の測定は、日本非破壊検査協会編「非破壊検査」第３７巻第８号第 636〜642 頁に開示される「Ｘ線応力測定法」を用いて行った。
【００４３】
図１０は、実施例１の各試料について得られた残留応力を往復インダクタンスで整理して示したものである。なお、同図には、残留応力を最大値と最小値とに分けて示しており、以下の図においても同様とする。図１０に示す結果より、圧縮残留応力は往復インダクタンスが小さくなるほど大きくなる傾向にあり、往復インダクタンス約6.8μH以下で２５０ＭＰａ以上（−２５０ＭＰａ以下）の高い圧縮残留応力が得られている。しかし、圧縮残留応力の最小値（最大残留応力）については、往復インダクタンスが約1.0μH以下でむしろ小さくなる傾向にある。これは、往復インダクタンスがあまり小さいと、パルス波形にオーバーシュートやアンダーシュートが生じる傾向が強くなるため（図７参照）と推定される。ただし、往復インダクタンスが0.5μH程度でも、２５０ＭＰａ程度の圧縮残留応力が得られており、したがって、２５０ＭＰａ以上の高い圧縮残留応力を得たい場合には、往復インダクタンスを0.5〜6.8μHの範囲の所定値に設定するのが望ましいことが分かる。
【００４４】
図１１は、実施例２の各試料について得られた残留応力を往復インダクタンスで整理して示したものである。図１０に示す結果より、圧縮残留応力は往復インダクタンスが小さくなるほど大きくなる傾向にあり、往復インダクタンス約6.8μH以下で２５０ＭＰａ以上（−２５０ＭＰａ以下）の高い圧縮残留応力が得られている。また、この実施例２の各試料においては、往復インダクタンスが約1.0μH以下でも圧縮残留応力の最小値（最大残留応力）が小さくなることはなく、したがって、２５０ＭＰａ以上の高い圧縮残留応力を得たい場合には、往復インダクタンスを6.8μH以下の範囲の所定値に設定するのが望ましいことが分かる。
【００４５】
図１２は、実施例１の各試料について得られた残留応力をパルス波形の立上り・立下り時間の合計値で整理して示したものである。図１１に示す結果より、圧縮残留応力は立上り・立下り時間の合計値が小さくなるほど大きくなる傾向にあり、立上り・立下り時間の合計値が約0.38msで２５０ＭＰａ以上（−２５０ＭＰａ以下）の高い圧縮残留応力が得られている。しかし、圧縮残留応力の最小値（最大残留応力）については、立上り・立下り時間の合計値が約0.08ms以下でむしろ小さくなる傾向にある。これは、立上り・立下り時間の合計値があまり小さいと、パルス波形にオーバーシュートやアンダーシュートが生じる傾向が強くなるため（図７参照）と推定される。ただし、立上り・立下り時間の合計値が0.05ms程度でも、２５０ＭＰａ程度の圧縮残留応力が得られており、したがって、２５０ＭＰａ以上の高い圧縮残留応力を得たい場合には、立上り・立下り時間の合計値を0.05〜0.38msの範囲の所定値に設定するのが望ましいことが分かる。
【００４６】
図１２は、実施例２の各試料について得られた残留応力をパルス波形の立上り・立下り時間の合計値で整理して示したものである。図１２に示す結果より、圧縮残留応力は立上り・立下り時間の合計値が小さくなるほど大きくなる傾向にあり、立上り・立下り時間の合計値が約0.38ms以下で２５０ＭＰａ以上（−２５０ＭＰａ以下）の高い圧縮残留応力が得られている。また、この実施例２の各試料においては、立上り・立下り時間の合計値が約0.08ms以下で圧縮残留応力の最小値（最大残留応力）が小さくなることはなく、したがって、２５０ＭＰａ以上の高い圧縮残留応力を得たい場合には、立上り・立下り時間の合計値を0.38ms以下の範囲の所定値に設定するのが望ましいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るクロムめっき装置を模式的に示す図であり、（Ａ）はその平面断面図、（Ｂ）は正面断面図、（Ｃ）は側面断面図である。
【図２】図１のクロムめっき装置に係るクロムめっき方法におけるパルス電流の波形の一例を示すグラフである。
【図３】図１のクロムめっき装置に係るクロムめっき方法により得たクロムめっき部品の表層部の状態を示す模式図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るクロムめっき装置を模式的に示す図であり、（Ａ）はその平面断面図、（Ｂ）は正面断面図である。
【図５】図１、図４のクロムめっき装置のシミュレーションモデルを示す回路図である。
【図６】図１のクロムめっき装置のシミュレーションモデルで得られた演算結果を示したもので、往復インダクタンスの大きさ（Ａ）〜（Ｅ）ごとの波形図である。
【図７】図１のクロムめっき装置のシミュレーションモデルで得られた演算結果を示したもので、往復インダクタンスの大きさ（Ｆ）〜（Ｉ）、（Ｚ）ごとの波形図である。
【図８】図４のクロムめっき装置のシミュレーションモデルで得られた演算結果を示したもので、往復インダクタンスの大きさ（Ａ）〜（Ｅ）ごとの波形図である。
【図９】図４のクロムめっき装置のシミュレーションモデルで得られた演算結果を示したもので、往復インダクタンスの大きさ（Ｆ）〜（Ｉ）、（Ｚ）ごとの波形図である。
【図１０】本発明の実施例１で得られた各試料についての残留応力の測定結果を往復インダクタンスで整理して示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例２で得られた各試料についての残留応力の測定結果を往復インダクタンスで整理して示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例１で得られた各試料についての残留応力の測定結果を立上り・立下り時間の合計値で整理して示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例２で得られた各試料についての残留応力の測定結果を立上り・立下り時間の合計値で整理して示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１，１´ クロムめっき装置
３ パルス電源
６ 陽極保持体
８ 給電ポイント
１５ 陰極保持体
Ｙ アノード電極
Ｋ カソード電極
Ｗ ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロムめっき浴中に複数のワークを浸漬し、パルス電流を利用してワーク表面に圧縮残留応力を有するクロム層を析出させるクロムめっき装置において、パルス電源から各ワークに至る配線の往復インダクタンスを６．８μＨ以下の所定値に設定したことを特徴とするクロムめっき装置。
【請求項２】
往復インダクタンスの下限を０．５μＨに設定したことを特徴とする請求項１に記載のクロムめっき装置。
【請求項３】
ワーク表面に２５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有するクロム層を析出させることを特徴とする請求項１または２に記載のクロムめっき装置。
【請求項４】
クロムめっき浴中に複数のワークを浸漬し、パルス電流を利用してワーク表面に圧縮残留応力を有するクロム層を析出させるクロムめっき装置において、パルス波形の立上り・立下り時間の合計を０．３８ｍｓ以下の所定値に設定したことを特徴とするクロムめっき装置。
【請求項５】
パルス波形の立上り・立下り時間の合計の下限を０．０４ｍｓに設定したことを特徴とする請求項４に記載のクロムめっき装置。
【請求項６】
ワーク表面に２５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有するクロム層を析出させることを特徴とする請求項４または５に記載のクロムめっき装置。
【請求項１】
クロムめっき浴中に複数のワークを浸漬し、パルス電流を利用してワーク表面に圧縮残留応力を有するクロム層を析出させるクロムめっき装置において、パルス電源から各ワークに至る配線の往復インダクタンスを６．８μＨ以下の所定値に設定したことを特徴とするクロムめっき装置。
【請求項２】
往復インダクタンスの下限を０．５μＨに設定したことを特徴とする請求項１に記載のクロムめっき装置。
【請求項３】
ワーク表面に２５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有するクロム層を析出させることを特徴とする請求項１または２に記載のクロムめっき装置。
【請求項４】
クロムめっき浴中に複数のワークを浸漬し、パルス電流を利用してワーク表面に圧縮残留応力を有するクロム層を析出させるクロムめっき装置において、パルス波形の立上り・立下り時間の合計を０．３８ｍｓ以下の所定値に設定したことを特徴とするクロムめっき装置。
【請求項５】
パルス波形の立上り・立下り時間の合計の下限を０．０４ｍｓに設定したことを特徴とする請求項４に記載のクロムめっき装置。
【請求項６】
ワーク表面に２５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有するクロム層を析出させることを特徴とする請求項４または５に記載のクロムめっき装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−１３８２４７（Ｐ２００８−１３８２４７Ａ）
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２４３００（Ｐ２００６−３２４３００）
【出願日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]