JP4191417B2 - 異種金属よりなる二部材の接触部における防食構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異種金属よりなる二部材の接触部における防食構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、回転軸の端部に鋼製カラーおよびＡｌ合金製プーリのボス部を装着し、そのボス部に鋼製ワッシャを当て、ボルトを、ワッシャおよびボス部を通して回転軸のねじ孔にねじ込み、ワッシャおよびカラー間にボス部を挟着してプーリを回転軸に締結した場合、腐食電位列において、Ａｌ合金が鋼よりもアノード側にあることから腐食環境下ではボス部の方がカラーおよびワッシャよりも腐食（異種金属接触腐食、いわゆる電食）し易い。
【０００３】
そこで、従来はボス部と、カラーおよびワッシャとの間をそれぞれ電気的に絶縁すべく、例えば、ボス部に合成樹脂よりなるコーティング層を設ける、ボス部と、カラーおよびワッシャとの間にそれぞれ合成樹脂、紙、ゴム等よりなる絶縁性ワッシャを介在させる等の手段を採用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来手段によると、ボルトの締付トルクを大にしてボス部およびワッシャ等の接触部における発生面圧を増大させた場合、コーティング層の破壊や剥離、絶縁性ワッシャの破断等を招き易く、前記接触部の防食を十分に行うことができない、という問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、異種金属よりなる一方の部材を他方の部材に加圧下で接触させた接触部において、その発生面圧を増大させた場合にもその接触部の防食を十分に行い得るようにした前記防食構造を提供することを目的とする。
【０００６】
前記目的を達成するため本発明によれば、異種金属よりなり、且つヤング率を異にする、一方の部材を他方の部材に加圧下で接触させた接触部において、ヤング率が高い一方の部材の、他方の前記部材との接触面に、電気抵抗ＲがＲ≧１０⁶ Ωである絶縁性硬質皮膜を設けてなる防食構造であって、前記接触面を有する前記部材は、その接触面周りに面取り角αがα≦７０°の環状斜面を有しており、前記絶縁性硬質皮膜は気相メッキの適用下で前記接触面および環状斜面を覆うように形成されていることを特徴とする、異種金属よりなる二部材の接触部における防食構造が提供される。
【０００７】
前記のような電気抵抗Ｒを有する絶縁性硬質皮膜によれば、両部材間を電気的に確実に絶縁して、腐食電位列においてアノード側にある一方の部材の腐食を大いに抑制することができる。また絶縁性硬質皮膜を、ヤング率が高い方の部材の接触面に設けたので、一方の部材を他方の部材に加圧下で接触させる際に、ヤング率が高い方の部材の撓みが抑制されることから、その皮膜の割れ、剥がれ等が防止される。
【０００８】
ただし、絶縁性硬質皮膜の電気抵抗ＲがＲ＜１０⁶ Ωでは前記腐食防止効果を得ることができない。電気抵抗Ｒは、前記皮膜の絶縁性を確固とすべく、好ましくはＲ≧１０⁸ である。
【０００９】
ところで外周縁部が角をなす接触面に気相メッキを適用して絶縁性硬質皮膜を形成すると、接触面の外周縁部への皮膜形成物質の付着が不十分となることがあり、また絶縁性硬質皮膜の外周縁部に他物との衝突等によって欠け等が発生するおそれもある。
【００１０】
これに対し、前記のように接触面周りに面取りによる環状斜面を存在させると、気相メッキによって前記皮膜を接触面全体に均一に形成し、またその接触面および環状斜面を覆うように一連に形成することが可能である。これにより二部材間の絶縁を前記皮膜によって確実に行い、前記腐食を回避することができる。ただし、面取り角αがα＞７０°では、接触面外周縁部への皮膜構成物質の付着性が悪化する。
【００１１】
さらに本発明によれば、前記両部材が、前記接触面と交差する回転軸線を持つ回転体であって、前記面取り角αがα≧３０°であることを特徴とする、異種金属よりなる二部材の接触部における防食構造が提供される。
【００１２】
前記のように面取り角αを設定すると、接触面および環状斜面に一連に前記皮膜を形成することができ、また両部材の回転に伴う遠心力によって、前記環状斜面による断面楔形空間に進入した水分、金属粉等の異物をその空間外に飛散させて、その異物に起因した腐食を回避することができる。ただし、面取り角αがα＜３０°では、前記のような遠心力による異物の飛散が困難となる。
【００１３】
前記皮膜の厚さｔは、接触面および環状斜面の面粗さにもよるが、ｔ≧１．５μｍであれば膜厚の均一化を図ることが可能である。気相メッキによる前記皮膜は、その製造コストの面からは薄い方がよく、一方、厚すぎると、加圧下での接触時に割れ、剥離等を生じるおそれがあることから前記皮膜の厚さｔは、好ましくはｔ≦１２μｍである。
【００１４】
絶縁性硬質皮膜を形成するための皮膜形成物質としてはセラミック物質が好適であり、そのセラミック物質には、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＣ、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等が該当する。また気相メッキとしては、ＰＶＤ、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、イオンプレーティング、イオン注入蒸着等が適用される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１，２に示す内燃機関１において、クランク軸２の各ジャーナル部３が主軸受４を介してクランクケース５の各軸受部６に回転可能に支持されている。最外端のジャーナル部３から突出する軸部７に、そのジャーナル部３側から軸端側に向って順次、ギヤ８、スリーブ９、スプロケット１０、カラー１１およびプーリ１２が装着され、そのプーリ１２のボス部１３にワッシャ１４が当てられ、ボルト１５がそれらワッシャ１４およびボス部１３を通されて軸部７に形成されたねじ孔１６に所定の締付トルクを以てねじ込まれている。スリーブ９およびスプロケット１０と軸部７とがキー１７を介して結合され、またカラー１１およびプーリ１２と軸部７とがキー１８を介して結合されている。カラー１１とクランクケース５の貫通孔１９との間にはオイルシール２０が配設される。
【００１６】
ワッシャ１４は鋼、例えば、ＪＩＳ Ｓ５０Ｃ（調質）よりなり、そのヤング率は約２１０ＧＰａである。プーリ１２において、ボス部１３を含むプーリ主体部１２ａは、Ａｌ合金、例えば ＪＩＳ Ａ６０６１相当材をマトリックスとして、そのマトリックスにアルミナ粒子を体積分率Ｖｆにて２２％分散させた複合材よりなる。このプーリ主体部１２ａ、したがってボス部１３のヤング率は約１０５ＧＰａである。プーリ主体部１２ａの外周面には環状ゴム層１２ｂを介して鋳鉄製溝付環状体１３が設けられている。
【００１７】
このように構成すると、ワッシャ１４およびプーリ主体部１２ａ、したがってボス部１３は、異種金属よりなり、且つヤング率を異にする一方の部材を他方の部材に加圧下で接触させた接触部を形成する。そして、ヤング率が高い方の部材、つまりワッシャ１４の、他方の部材、つまりボス部１３との環状接触面２１に、図３にも示すように電気抵抗ＲがＲ≧１０⁶ Ωである絶縁性硬質皮膜２２が気相メッキによって設けられている。実施例では、ワッシャ１４は、環状接触面２１周りに面取りによる環状斜面２３を有し、絶縁性硬質皮膜２２は環状接触面２１および環状斜面２３を覆うように一連に形成されている。
【００１８】
前記のような電気抵抗Ｒを有する絶縁性硬質皮膜２２によれば、ワッシャ１４およびボス部１３間を電気的に確実に絶縁して、腐食電位列においてアノード側にあるボス部１３の腐食を大いに抑制することができる。また絶縁性硬質皮膜２２を、ヤング率が高い方の接触面、つまり、ワッシャ１４の環状接触面２１に設けたので、ワッシャ１４をボス部１３にボルト１５の締付力で接触させる際に、そのワッシャ１４の撓みが抑制されることから絶縁性硬質皮膜２２の割れ、剥がれ等が防止される。
【００１９】
図４に明示するように、面取り角αはα≦７０°に設定され、これにより、気相メッキによって前記皮膜２１を環状接触面２１全体に均一に形成し、またその環状接触面２１および環状斜面２３を覆うように一連に形成することが可能である。
【００２０】
一方、ワッシャ１４およびボス部１３は環状接触面２１と交差する回転軸線ａを持つ回転体であることから、面取り角αはα≧３０°に設定される。これによりワッシャ１４およびボス部１３の回転に伴う遠心力によって、環状斜面２３による断面楔形の空間ｓに進入した水分、金属粉等の異物をその空間ｓ外に飛散させて、その異物に起因した腐食を回避することができる。
【００２１】
カラー１１は鋼、例えば、ＪＩＳ ＳＣＭ４２０（浸炭）よりなり、そのヤング率は約２１０ＧＰａである。したがって、カラー１１およびプーリ主体部１２ａ、したがってボス部１３は、異種金属よりなり、且つヤング率を異にする一方の部材を他方の部材に加圧下で接触させた接触部を形成する。そして、ヤング率が高い方の部材、つまりカラー１１の、ボス部１３との環状接触面２４に、電気抵抗ＲがＲ≧１０⁶ Ωである絶縁性硬質皮膜２２が気相メッキによって設けられている。実施例では、カラー１１は、環状接触面２４周りに面取りによる環状斜面２５を有し、絶縁性硬質皮膜２２は環状接触面２４および環状斜面２５を覆うように一連に形成されている。面取り角αは、ワッシャ１４の場合と同様に、３０°≦α≦７０°に設定される。
【００２２】
以下、腐食試験について説明する。
【００２３】
前記材質のワッシャ１４およびカラー１１として、環状接触面２１，２４は有するが、環状斜面２３，２４を持たないもの、環状接触面２１，２４および環状斜面２３，２５を有し、且つ面取り角αを異にするものを用意し、それらの環状接触面２１，２４ならびに環状接触面２１，２４および環状斜面２３，２５にそれぞれＣＶＤによって厚さｔ＝２μｍのＤＬＣ皮膜２２を形成した。
【００２４】
ボルト１５としてＭ１６ボルトを用い、発生軸力が１３トンとなるように、ワッシャ１４、ボス部１３、カラー１１等を軸部７に締付けた。これにより、各環状接触面２１，２４には約２１０ＭＰａの面圧が発生した。
【００２５】
このような締結体に対し５％塩水噴霧試験を３６００時間に亘って行い、ワッシャ１４側におけるボス部１３の座面腐食面積率Ａを求めた。この腐食面積率Ａは次のような方法で求められた。即ち、図５に示すように、ボス部１３において、軸部７に対する装着孔２６の内周縁と二点鎖線による円２７との間が、ワッシャ１４のＤＬＣ皮膜２２が接触している領域であって、これを座面２８とし、その座面２８の面積をＢとする。座面２８周りに腐食が発生して、その腐食領域Ｒ₁ の一部ｒが、図５に点描したように座面２８内に進入したとき、その一部ｒの面積をＣとして、座面腐食面積率ＡはＡ＝（Ｃ／Ｂ）×１００（％）として算出される。一方、別の腐食領域Ｒ₂ が生じても、その一部が座面２８内に進入していない場合には面積ＣはＣ＝０である。
【００２６】
表１は腐食試験結果を示す。表１において、例６はワッシャにＺｎメッキを施したものである。
【００２７】
【表１】

【００２８】
図６は表１に基づいて面取り角αと座面腐食面積率Ａとの関係をグラフ化したものである。表１、図６より、Ｚｎメッキ適用の例６に比べてＤＬＣ皮膜２２を適用した例１〜５は良好な耐食性を有することが判る。特に、例３，４，５のごとくワッシャ１４の面取り角αを３０°≦α≦７０°に設定すると、優秀な耐食性が得られる。例２の場合は、面取り角αが小であることから、断面楔形の空間ｓに塩水が溜り、面取り無しの例１よりも腐食が進行する。
【００２９】
なお、本発明は面取りを行うことなく接触面に気相メッキを適用して絶縁性硬質皮膜を形成する場合を包含し、また二部材が非回転体である場合も包含する。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば前記のように構成することによって、優れた耐食性を備えた、異種金属よりなる二部材の接触部における防食構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 防食構造を有するクランク軸周りの断面図である。
【図２】 図１の要部拡大図である。
【図３】 ワッシャの斜視図である。
【図４】 ワッシャの面取り角を示す説明図である。
【図５】 座面腐食面積に関する説明図である。
【図６】 面取り角αと座面腐食面積率Ａとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１１………カラー（部材）
１２ａ……プーリ主体部（部材）
１３………ボス部
１４………ワッシャ（部材）
２１………環状接触面
２２………絶縁性硬質皮膜
２３………環状斜面
２４………環状接触面
２５………環状斜面
ａ…………回転軸線

Claims (2)

1. 異種金属よりなり、且つヤング率を異にする、一方の部材（１１，１４）を他方の部材（１２ａ）に加圧下で接触させた接触部において、ヤング率が高い一方の部材（１１，１４）の、他方の前記部材（１２ａ）との接触面（２１，２４）に、電気抵抗ＲがＲ≧１０⁶ Ωである絶縁性硬質皮膜（２２）を設けてなる防食構造であって、
   前記接触面（２１，２４）を有する前記部材（１１，１４）は、その接触面（２１，２４）周りに面取り角αがα≦７０°の環状斜面（２３，２５）を有しており、
   前記絶縁性硬質皮膜（２２）は気相メッキの適用下で前記接触面（２１，２４）および環状斜面（２３，２５）を覆うように形成されていることを特徴とする、異種金属よりなる二部材の接触部における防食構造。
2. 前記両部材（１１，１４；１２ａ）は、前記接触面（２１，２４）と交差する回転軸線（ａ）を持つ回転体であって、前記面取り角αがα≧３０°であることを特徴とする、請求項１記載の異種金属よりなる二部材の接触部における防食構造。

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