JP2010084812A - マグネシウム合金部材の締結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、マグネシウム合金部材を鋼製ボルトによって相手部材に締結するマグネシウム合金部材の締結構造において、マグネシウム合金部材への電食の発生を効果的に抑制できる締結構造を提案することである。
【解決手段】本発明のマグネシウム合金部材の締結構造１０は、鋼製ボルト１６とマグネシウム合金部材１２との間に、このマグネシウム合金部材１２よりも電位的に卑なマグネシウム又はマグネシウム合金ワッシャ１８を介在させて締結することを特徴とする。ワッシャ１８の厚さｔは２ｍｍ以上、鋼製ボルト１６の座部１６ａからのワッシャ１８の突出長さｄを３ｍｍ以上にするとよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、マグネシウム合金部材をこの部材とは異種の金属からなる締結部材で相手部材に締結する締結構造に関する。

近年自動車産業においては、環境問題への関心が高まるにつれて更なる燃費向上が要望されるようになってきている。このような要望に対応するために、自動車産業では、車両の軽量化の検討が必要となり、実用合金のなかで軽量なマグネシウム合金を部材として使用することが多くなってきている。

しかしながら、マグネシウム合金は電位的に最も卑な実用合金であるため、鉄やアルミニウムといった異種金属と締結する場合に、電解質を含む水分の存在下において電食（異種金属接触腐食）が発生しやすいという問題がある。特に自動車のエンジンルーム内や足回り部分においては、雨水や融雪塩などに含まれる電解質の働きによって電食が著しく促進され、電食部を基点とする割れの発生や外観不良といった不具合を生じることがある。

このような問題に対して、鋼製ボルトにガラス被膜などを形成して電気的に絶縁対策を施す方法（特許文献１）や、鋼製ボルトとマグネシウム合金部材との間にアルミニウムワッシャや陽極酸化を施したアルミワッシャを介在させて締結する締結構造（特許文献２）などが提案されている。
特開２００１−２６３３１４号公報 特開平５−１２５５６７号公報

しかし、前者の方法では、ガラス被膜などの絶縁材で鋼製ボルトを被覆したとしても、経年劣化によってガラス被膜に割れが生じたり、完全に鋼製ボルトを被覆することは事実上不可能であることなどから、マグネシウム合金部材への電食の発生を完全に防止することはできない。

また、マグネシウム材料とアルミニウム材料との間には標準電極電位に差があり、マグネシウム材料はアルミニウム材料に比べて電位的に卑である。このため、後者の場合には、アルミニウムワッシャよりもマグネシウム合金部材の方が電食により優先的に浸食されてしまうことになる。また、アルミニウムワッシャに陽極酸化を施すにしても、充分に緻密な被膜を形成するには著しくコストが嵩むために実際には困難である。このため、マグネシウム合金部材への電食の発生を完全に防止することはできない。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、マグネシウム合金部材を鋼製ボルトによって相手部材に締結するマグネシウム合金部材の締結構造において、マグネシウム合金部材への電食の発生を効果的に抑制できる締結構造を提案することである。

本発明のマグネシウム合金部材の締結構造は、鋼製ボルトとマグネシウム合金部材との間に、このマグネシウム合金部材よりも電位的に卑なマグネシウム又はマグネシウム合金ワッシャ（以後、マグネシウムワッシャと称する）を介在させて締結することを特徴とする。

本発明の締結構造は、鋼製ボルトとマグネシウム合金部材との間にマグネシウムワッシャを介在させて締結する構造であるので、結露又は被水した場合などには、マグネシウム合金部材よりも電位的に卑な金属である例えば純マグネシウム製のワッシャが、マグネシウム合金部材に優先して溶出する犠牲陽極となる。その結果、マグネシウムワッシャのみに電食が発生し、マグネシウム合金部材に生じる電食を抑制することができる。また、マグネシウム合金部材への電食の発生を抑制することができるので、電食部を起点とする亀裂の発生を防止することができる。

このような締結構造において、マグネシウムワッシャは、このマグネシウムワッシャに当接する鋼製ボルトの座部の全周に亘ってその座部の側面から３ｍｍ以上突出していることが望ましい。これにより、締結されるマグネシウム合金部材への電食の発生をより確実に抑制することができる。

また、マグネシウムワッシャの厚さは、少なくとも２ｍｍ以上であることが好ましい。マグネシウムワッシャの厚さを２ｍｍ以上にすることにより、締結されるマグネシウム合金部材への電食の発生をさらに確実に抑制することができる。

本発明のマグネシウム合金部材の締結構造によれば、電食発生に際して、高価なマグネシウム合金部材そのものを交換する必要はなく、電食したマグネシウムワッシャのみを交換すればよいので、メンテナンスコストの低減を図ることができる。

本発明の一実施の形態を図１に示す。図１は、締結構造１０の構成を説明する断面模式図である。マグネシウム合金部材１２は、マグネシウムワッシャ１８を介して鋼製ボルト１６によって相手部材１４に締結されている。マグネシウム合金部材１２やマグネシウムワッシャ１８を形成する材料としては、純マグネシウムやＡＺ９１、ＡＭ６０、ＡＭ１００などのマグネシウム合金を例示することができる。本実施形態において、マグネシウムワッシャ１８は、その材料がマグネシウム合金部材１２よりも電位的に卑なものである。例えば、マグネシウム合金部材１２がＡＺ９１（電極電位：−１．５０Ｖ）で形成されている場合には、マグネシウムワッシャ１８には純マグネシウム（電極電位：−１．６０Ｖ）を用いるとよい。すなわち、部材１２とワッシャ１８との電極電位を測定して部材１２よりもワッシャ１８の方が低い電位（卑）であることが重要である。

なお、鋼製ボルト１６には特に制限はなく、一般に市販されているものを使用することができる。しかし、鋼製ボルト１６は裸材でもよいが、表面にクロムめっきとカチオン電着塗装を施して絶縁対策としたものを用いることが好ましい。

以上のような締結構造では、図２に示すように雨水や結露などによる水滴２０が、鋼製ボルト１６の頭部１６ａから座部１６ｂとマグネシウムワッシャ（以後、単にワッシャともいう）１８とを内包してマグネシウム合金部材（以後、単に部材ともいう）１２の表面を覆うように付着することがある。このため、異種金属の接触による接触腐食（電食）２２が鋼製ボルト１６のボルト座部１６ｂ近傍に発生しやすい。従って、ワッシャ１８の外径を鋼製ボルト１６の座部１６ｂの側面から所定長さｄだけ突出するように形成することが望ましく、この突出長さｄは少なくとも３ｍｍ以上にするとよい。突出長さｄが３ｍｍ未満では部材１２に対するワッシャ１８の犠牲陽極効果が小さい。なお、突出長さｄを必要以上に長くしてもそれ以上の効果は期待できない。従って、突出長さｄの上限は５ｍｍ程度とすることができる。

また、電食による孔食２２は、ワッシャ１８の厚さ方向に進行しやすい。従って、ワッシャ１８の厚さｔが薄い場合には、孔食２２の進行に伴って腐食孔が部材１２にまで到達して部材１２を浸食する虞がある。このためワッシャ１８の厚さｔは少なくとも２ｍｍ以上にするとよい。ワッシャ１８の厚さｔが２ｍｍ未満では、ボルト座部１６ｂ近傍に電食が発生しやすく、また、腐食孔が短時日で部材１２にまで到達してしまうおそれがある。なお、厚さｔを必要以上に厚くしてもそれ以上の効果は期待できない。従って、厚さｔの上限は５ｍｍ程度とすることができる。

ワッシャ１８を上記のように形成することにより、ワッシャ１８の犠牲陽極効果がより効果的に発揮されるので、締結されるマグネシウム合金部材１２への電食の発生をより確実に抑制することができる。

次に、図３〜６に示す実施例と比較例とによって本発明をさらに詳細に説明する。図３〜６は図２における左半分の断面に対応している。また、図３〜６において、図２と同様の部分には同一の番号を付した。
（実施例１）
Ｍｇ合金ＡＺ９１からなるマグネシウム合金部材（表面処理：なし）１２を、純マグネシウムからなるワッシャ（厚さｔ：２ｍｍ、突出長さｄ：２ｍｍ、表面：生地）１８を介して、鋼製ボルト（材質：ＳＳ４１、表面：生地）１６で相手部材へ締結し、図１に示す締結構造１０とした。この締結構造体を３０℃に保持された５％ＮａＣｌ噴霧の塩水噴霧試験槽内に暴露し、４８時間経過後の腐食発生況を目視観察した。結果を図３に示す。

本実施例では、ワッシャ１８に電食２２ａが生じており犠牲陽極効果は認められるものの、突出長さが短いためにマグネシウム合金部材１２にも軽度の電食２２ｂの発生が認められた。
（実施例２）
ワッシャ１８の厚さｔを１ｍｍ、鋼製ボルト１６の座部１６ｂの側面からの突出長さｄを３ｍｍとした以外は、実施例１と同様の締結構造として、塩水噴霧試験後の目視検査を行った。結果を図４に示す。

本実施例では、ワッシャ１８に電食２２ａが生じており犠牲陽極効果は認められるものの、ワッシャの厚さが薄いためにマグネシウム合金部材１２にも軽度の電食２２ｂが発生しているのが認められた。
（実施例３）
ワッシャ１８の厚さｔを２ｍｍ、鋼製ボルト１６の座部１６ａの側面からの突出長さｄを３ｍｍとした以外は、実施例１と同様の締結構造として、塩水噴霧試験後の目視検査を行った。結果を図５に示す。

図５から分かるように、本実施例においては、電食２２はワッシャ１８には認められるものの、マグネシウム合金部材１２の表面には全く認められなかった。
（比較例１）
ワッシャ１８をアルミニウム合金（材質：５０５２、厚さｔ：２ｍｍ、突出長さｄ：３ｍｍ、表面：生地）製のものとした以外は、実施例１と同様にして締結構造１０を得、同様にして目視検査を行った。結果を図６に示す。

アルミニウム合金である５０５２の電極電位は−０．７５Ｖであるので、ワッシャ１８はマグネシウム合金部材１２（電極電位：−１．５０Ｖ）よりも電位的に貴である。図６において、ワッシャ１８にも電食２２ａが認められるものの、マグネシウム合金部材１２のほうがより激しく電食されている（２２ｂ）ことが分かる。

本発明のマグネシウム合金部材の締結構造は、マグネシウム合金部材よりも電位的に卑なマグネシウム材料からなるワッシャを鋼製ボルトとマグネシウム合金部材との間に介在させて相手部材に締結する締結構造である。これ故、ワッシャがマグネシウム合金部材の犠牲陽極となって、マグネシウム合金部材への電食発生を効果的に抑制することができる。従って、電食発生時には、高価なマグネシウム合金部材を交換する必要はなく、ワッシャのみを交換すればよいのでメンテナンスコストを大幅に低減することが可能となる。

本発明のマグネシウム合金部材の締結構造は、自動車のクランクケース、ギヤボックス、インレットハウジングなどのエンジンルーム内に配設されるマグネシウム合金部材、あるいは、ホイールなどの足回り部分に配置されるマグネシウム合金部材を相手部材に締結する締結構造として好適である。

実施形態の締結構造を示す断面模式図である。 水滴の付着と電食発生状況とを説明する断面模式図である。 実施例１の塩水噴霧試験後の左半分の断面模式図である。 実施例２の塩水噴霧試験後の左半分の断面模式図である。 実施例３の塩水噴霧試験後の左半分の断面模式図である。 比較例１の塩水噴霧試験後の左半分の断面模式図である。

符号の説明

１０：締結構造 １２：マグネシウム合金部材 １４：相手部材 １６：鋼製ボルト １６ａ：ボルト頭部 １６ｂ：ボルト座部 １８：マグネシウムワッシャ ２０：水滴 ２２：電食 ｔ：厚さ ｄ：突出長さ

Claims (3)

1. マグネシウム合金部材を鋼製ボルトによって相手部材に締結するびマグネシウム合金部材の締結構造において、
   前記鋼製ボルトと前記マグネシウム合金部材との間に該マグネシウム合金部材よりも電位的に卑なマグネシウム又はマグネシウム合金ワッシャを介在させて締結することを特徴とするマグネシウム合金部材の締結構造。
2. 前記マグネシウム又はマグネシウム合金ワッシャは、該マグネシウム又はマグネシウム合金ワッシャに当接する前記鋼製ボルトの座部の全周に亘って該座部の側面から３ｍｍ以上突出している請求項１に記載のマグネシウム合金部材の締結構造
3. 前記マグネシウム又はマグネシウム合金ワッシャは、２ｍｍ以上の厚さを有する請求項１又は２に記載のマグネシウム合金部材の締結構造。

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