JP2002531276A - 溶接可能なアルミニウムスタッド - Google Patents

溶接可能なアルミニウムスタッド

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Abstract

(57)【要約】 本発明のアルミニウムまたはアルミニウム合金でできたウェルドオン部品たとえばスタッド（１）は、表面の少なくとも一部分にチタニウム含有材料層（５）が設けられている。スタッド（１）は、無クムロ酸性溶液で処理される。この処理によって、耐食性が得られると同時に、スタッド（１）の表面の少なくとも一部分にチタニウム含有材料層（５）が形成される。チタニウム含有材料層（５）は、溶接工程の時に接触抵抗を低減するので、アークのジャンプまたはブローイングを起こさずに、スタッド（１）を母材の表面に溶接できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般には溶接可能な材料、より詳細には表面の少なくとも一部分に
チタン含有材料をもつアルミニウムまたはアルミニウム合金スタッド、および同
スタッドを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ウェルドオン（Weld-On）部品は、多くの工業製品の製造分野において使用さ
れている。ウェルドオン部品は、孔をあけずに金属の結合を可能にし、ベース構
造と締結すべき構成要素間に連結手段を提供する。たとえば、溶接スタッドは、
パイプ導管、押しボタン、プラスチックナットまたはケーブルクリップを締結す
るのに使用できる。アルミニウムまたはアルミニウム合金で作られたウェルドオ
ン部品（たとえばスタッド）は、同様にアルミニウムまたはアルミニウム合金で
作られたベース部品（たとえば板金片）に溶接できることが知られている。
【０００３】 通常の環境の下では、空気中に新しく露出したアルミニウムは直ちに酸化し始
める。酸化物は一般に表面全体にわたって層を作り、時間の経過と共に成長して
より厚くなる。酸化物層は、硬く、接着性があり、透明で、最大数ナノメートル
の厚さを有する。さらに、多くの環境において、酸化物層の厚さが場所ごとに異
なることがある。酸化物層は４．５〜８．５のｐＨ範囲ではほとんど溶けないの
で、部品を腐蝕から保護する。しかし、酸化物層は、ある種の環境において、溶
接された部品に施される後続処理工程に悪い影響を及ぼすことがある。
【０００４】 この状況は、アルミニウム板にもアルミニウムスタッドにも同様に当てはまる
が、冷間加工後、いろいろな厚さの酸化物層をもつさまざまな区域に新しく露出
した区域が点在することがあるために、金属を冷間加工してアルミニウムスタッ
ドを製造する方法においては、状況はさらに悪くなる。この結果、でき上がった
スタッドの酸化物層の厚さは不ぞろいで、かつ一定していない。
【０００５】 酸化物から電子を解放するのに必要なエネルギーは裸のアルミニウムから電子
を解放するのに必要なエネルギーより小さいので、この状況はスタッドをアルミ
ニウム板に溶接する時に問題を起こす。たとえば、スタッドをアーク溶接する場
合、アークは丸い溶接ヘツドの中心点に発生するかもしれないが、一定の初期溶
融後、アークが近隣領域たとえば厚い酸化物層をもつ区域へ飛び移る、すなわち
「吹き付ける」ことがある。この近隣領域が中心から大きくずれていれば、結果
は満足のゆかない溶接になることがある。
【０００６】 したがって、アークのジャンプ(jumping)またはブローイング(blowing)を起こ
さずに、表面に満足に溶接することができる、比較的むらのない酸化物層をもつ
アルミニウムスタッドが要望されている。さらに、上記のアルミニウムスタッド
を製造する方法も要望されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のことから、本発明の第１の目的は、改善された溶接適性をもつアルミニ
ウムスタッドを提供することである。
【０００８】 本発明の第２の目的は、表面の少なくとも一部分にチタニウム含有材料をもつ
アルミニウムスタッドを提供することである。
【０００９】 本発明の第３の目的は、改善された溶接適性をもつアルミニウムスタッドを製
造する方法を提供することである。
【００１０】 本発明の第４の目的は、表面の少なくとも一部分にチタニウム含有材料をもつ
アルミニウムスタッドを製造する方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上に述べた短所を克服し、多くの目的を達成するために、本発明は以下の特徴
を備えたアルミニウムまたはアルミニウム合金から成る溶接可能な部品を提供す
る。部品はその表面の少なくとも一部分にチタニウム含有材料を有し、このチタ
ニウム含有材料が溶接処理の時に接触抵抗を低減する。
【００１２】 本発明は、さらに、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶接可能な部品の
少なくとも１つの表面の少なくとも一部分にチタニウム含有材料を形成する方法
を提供する。本方法は、（１）チタニウム含有材料の溶液を準備するステップと
、（２）部品を十分な時間の間溶液に接触させてチタニウム含有材料を部品に塗
布するステップを含んでおり、このチタニウム含有材料が溶接処理の時に接触抵
抗を低減する。
【００１３】 添付図面、発明の詳細な説明、および請求の範囲を熟読することによって、本
発明およびその範囲をより完全に理解することができる。諸図面を通じて、同じ
部品は同じ参照番号で示してある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
最初に、ウェルドオン部品を既知のエッチング技術で前処理してアルミニウム
酸化物を剥ぎ取り、アルミニウムまたはアルミニウム合金の表面を露出させる。
次に、チタニウムイオンの濃縮液を含む酸性溶液（チタニウムイオンを含む無ク
ロム酸性溶液が好ましい）にウェルドオン部品を浸すことによって、ウェルドオ
ン部品の露出したアルミニウムまたはアルミニウム合金部分の上にチタニウム含
有材料を形成する。例として、最初に、あるいは塗布工程中の逐次追加によって
十分な量のチタニウムイオンを含むと思われる１つの適当な酸性溶液はALODINE
（アロダイン） 2040 として知られている。ALODINE 2040 は Henkel Surface
Technologies(米国)から市販されている。使用する酸性溶液は処理すべきアルミ
ニウム表面を腐蝕性不活性(caustic passivation)にしなければならない。
【００１５】 本発明の原理に従って使用する ALODINE 2040 溶液を準備するために、１０〜
３０リットル（１５〜２０リットルが好ましい）の市販の溶液に十分な量の脱イ
オン水を混合して１０００リットルの浴を作る。上述の比率で、得られた浴は１
．２５のｐＨ値をもたなければならない。
【００１６】 上に指摘したように、ウェルドオン部品はアルミニウムまたはアルミニウム合
金で作られた、図１および図２に示すような溶接スタッドが好ましい。溶接スタ
ッド１は軸部２とその軸部２の一端から伸びた頭部３を有する。頭部３は溶接面
４を形成する円錐形テーパー部分をもつことが好ましい。
【００１７】 ウェルドオン部品にチタニウム含有材料を設けるために、ウェルドオン部品を
約４５℃の温度のチタニウムイオンを含む酸性溶液に浸漬するか、または他の方
法で前記溶液を塗布する。処理時間は、特に部品を浸漬する場合は、一般に３０
〜９０秒である。溶液は約６．１〜１８．３の遊離酸カウントを有していなけれ
ばならない。したがって、この分野の専門家は理解されるであろうが、酸性溶液
は、溶解したアルミニウムの測定によるばかりでなく、遊離酸カウントを決定す
ることによって制御される。遊離酸カウントが１．０減少するごとに、浴に追加
溶液を加えなければならない。
【００１８】 少なくとも溶接スタッドの溶接面にチタニウム含有材料を設けると、ウェルド
オン部品、ピン、および支持構造すなわち母材間の接触抵抗が低減する。溶接面
の領域にそのような層を設けることは、溶接処理に好ましい影響を与える。詳し
く述べると、品質的に高いグレードの溶接接合が得られ、ピンを溶接するのに必
要なエネルギーを減らすことができる。
【００１９】 さらに、ウェルドオン部品にアルミニウム酸化物が形成されるのを防止するた
め、チタニウム含有材料は十分な厚さにすることが好ましい。前に指摘したよう
に、厚さは数ナノメートルのオーダーにすべきである。
【００２０】 本発明の作用の独自の理論に拘束されずに、ALODINE 2040 はウェルドオン部
品の表面にかなり薄い一様な厚さのチタニウムアルミニウム酸化物結晶の層を形
成させると信じられる。チタニウムアルミニウム酸化物層は時間と共に成長する
（一般的に望ましくない）が、その成長速度は非不活性アルミニウムの場合より
も非常に遅いし、またチタニウムアルミニウム酸化物層の厚さも比較的むらがな
い。
【００２１】 溶接スタッド１は、一般にアーク溶接によって構造物または母材（図示せず）
たとえば要求された厚さの板金に接合される。たとえば、溶接スタッドは平均０
．８ｍｍ程度の薄い板金に融着することができる。板金は同様にアルミニウムま
たはアルミニウム合金でできていることが好ましい。例として、板金構造物は自
動車の車体パネルであってもよい。
【００２２】 図２に、軸部２を持つ溶接スタッド１の第２の実施例を示す。しかし、この実
施例においては、軸部２にクリスマスツリー形ねじ６が形成されている。軸部２
の自由端に溶接頭部３が形成されている。溶接頭部３は、アーク溶接時に母材（
図示せず）、たとえば板金のアルミニウムまたはアルミニウム合金片に当接する
溶接面４を有する。溶接面４にチタニウム含有材料層５が設けられている。
【００２３】 以上の説明は発明の原理を例示しただけであると考えられる。また、この分野
の専門家は多くの修正物や変更物を容易に思い付くであろうから、ここに説明し
た構造と方法だけに発明を限定することは望ましくない。したがって、そのよう
なすべての修正物や均等物は、請求の範囲によって定義される発明の範囲に含ま
れるとみなすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 溶接スタッドの部分断面図である。
【図２】 ねじ付き溶接スタッドの正面図である。
【符号の説明】
１ 溶接スタッド ２ 軸部 ３ 頭部 ４ 溶接面 ５ チタニウム含有材料層 ６ クリスマスツリー形ねじ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4E001 AA03 CB01 CC04 4K026 AA09 AA24 BA01 BB10 CA13 CA18

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 溶接処理によって母材に取り付けることが可能なアルミニウ
    ムまたはアルミニウム合金から成る部品であって、母材に溶接すべき部品の表面
    に、溶接処理時に部品と母材間の接触抵抗を低減することが可能なチタニウム含
    有材料が設けられていることを特徴とする部品。
  2. 【請求項２】 前記チタニウム含有材料はチタニウムイオンを含む酸性溶液
    に部品を接触させることによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の
    部品。
  3. 【請求項３】 前記酸性溶液は不活性溶液であることを特徴とする請求項２
    に記載の部品。
  4. 【請求項４】 前記酸性溶液は無クロムであることを特徴とする請求項３に
    記載の部品。
  5. 【請求項５】 前記酸性溶液は ALODINE （アロダイン）2040 を含むことを
    特徴とする請求項１に記載の部品。
  6. 【請求項６】 前記部品は溶接面をもつ溶接スタッドであることを特徴とす
    る請求項１に記載の部品。
  7. 【請求項７】 前記溶接面の少なくとも一部分にチタニウムアルミニウム酸
    化物層が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の部品。
  8. 【請求項８】 前記部品は０．８ｍｍ程度の薄い平均厚さの母材に取り付け
    られることを特徴とする請求項７に記載の部品。
  9. 【請求項９】 表面に沿って分散したチタニウムを有する溶接可能なアルミ
    ニウム部品を製造する方法であって、 チタニウムイオンを含む酸性溶液を準備するステップと、 溶接可能なアルミニウム部品を酸性溶液に十分な時間の間接触させ、部品の表
    面に沿ってチタニウムを塗布するステップとを含み、 これによって、後に続く溶接工程時に部品の接触抵抗を低減する、 ことを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】 前記酸性溶液は不活性溶液であることを特徴とする請求項
    ９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記酸性溶液は無クロムであることを特徴とする請求項９
    に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記酸性溶液は ALODINE （アロダイン）2040 を含むこと
    を特徴とする請求項９に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記部品は溶接面をもつ溶接スタッドであることを特徴と
    する請求項９に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記溶接面の少なくとも一部分にチタニウムアルミニウム
    酸化物層が設けられることを特徴とする請求項９に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記部品は０．８ｍｍ程度の薄い平均厚さの母材に取り付
    けられることを特徴とする請求項９に記載の方法。
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