JP5151416B2

JP5151416B2 - 締結構造体

Info

Publication number: JP5151416B2
Application number: JP2007304000A
Authority: JP
Inventors: 昌宏竹下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2027-11-26
Also published as: JP2009127756A

Description

本発明は、締結構造体に係り、特に、鉄合金で形成され、締結面を亜鉛被覆した第１締結部材と、鉄合金より卑な電位を有する金属材料で形成された第２締結部材と、を有し、第１締結部材と第２締結部材とを締結した締結構造体に関する。

地球環境問題から車両、例えば、自動車の軽量化に対するニーズが高まっており、アルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽合金を使用した自動車用部品の適用拡大に期待が集まっている。アルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽合金は、例えば、燃料電池システムで用いられる燃料ガスや酸化剤ガスを流すガス配管等に用いられる。

ここで、高い構造強度が要求される部位には、アルミニウム合金やマグネシウム合金等より機械的強度の高いステンレス鋼等の鉄合金が使用される。そのため、アルミニウム合金やマグネシウム合金等で形成されたフランジ等の締結部材と、ステンレス鋼等の鉄合金で形成されたフランジ等の締結部材とを締結する場合がある。そのような場合には、アルミニウム合金やマグネシウム合金等で形成されたフランジ等と、ステンレス鋼等の鉄合金で形成されたフランジ等との接触部で電食が生じる可能性がある。

特許文献１には、異種材料からなる板状部材の結合構造として、それら接合部の耐電食性により優れた構造を有する板状部材の結合構造が記載されており、内燃機関の排気管用部材としてのステンレス（ＳＵＳ）管とアルミニウム（Ａｌ）管とをかしめ接合により結合し、その接合部は、ＳＵＳ管の切断面端部とＡｌ管の切断面端部とが相互に密着されて、それらがＡｌ管に外包されるように巻き込むかたちにて覆われた断面形状を有しており、同端部が管外部から気密遮断されるように形成されており、両管の接触部のうち管外部に露出されている部位に電解質溶液が存在すると、電気化学的腐食作用によりその部位においてＡｌ管の腐食が促進され、ＳＵＳ管の腐食が抑制されることが記載されている。

特許文献２には、車体側構成品に固定される静止輪の固定面に対して安定して且つ堅牢に絶縁処理を施して、電食の進行を確実に防止することが可能な軸受ユニットが記載され、相対回転可能に対向配置された軌道輪と、軌道輪間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備え、一方の軌道輪が車体側に固定されて常時非回転状態に維持され、他方の軌道輪が車輪側に接続されて車輪と共に回転する軸受ユニットであり、一方の軌道輪には、当該軌道輪を車体側の構成を成す車体側構成品に固定するための固定フランジが突設されており、固定フランジの車体側には、車体側構成品が固定される固定面が形成され、固定フランジには、その固定面側の最外径端に、当該最外径端全体が角張った形状にならない面取り部が形成され、一方の軌道輪には、少なくとも固定フランジの固定面から面取り部に亘って絶縁処理されることが記載されている。

特開２００３−５３４４７号公報特開２００７−２３０４９２号公報

ところで、ステンレス鋼等の鉄合金で形成されたフランジ等と、アルミニウム合金やマグネシウム合金等で形成されたフランジ等とを締結する場合には、電食を防止するためステンレス鋼等で形成されたフランジ等の締結面にめっき等により亜鉛層を形成する。

しかし、フランジ等の端部やエッジ部では亜鉛層が剥離しやすいので、亜鉛層が剥離した場合には、ステンレス鋼等で形成されたフランジ等と、アルミニウム合金やマグネシウム合金等で形成されたフランジ等との締結部で異種合金が接触し、電食が生じる可能性がある。

そこで、本発明の目的は、締結部材の端部等で亜鉛層が剥離した場合でも、締結部での電食を抑えることができる締結構造体を提供することである。

本発明に係る締結構造体は、鉄合金で形成され、締結面を亜鉛被覆した第１締結部材と、鉄合金より卑な電位を有する金属材料で形成された第２締結部材と、を有し、第１締結部材と第２締結部材とを締結した締結構造体であって、第２締結部材の締結面は、第１締結部材の締結面より少なくとも１０ｍｍ以上小さく形成されることを特徴とする。

本発明に係る締結構造体において、第２締結部材は、アルミニウム合金またはマグネシウム合金で形成されることを特徴とする。

本発明に係る締結構造体において、第１締結部材は、ステンレス鋼で形成されることを特徴とする。

上記のように本発明に係る締結構造体によれば、鉄合金で形成された締結部材のエッジ部や端部等から亜鉛層が剥離した場合でも、鉄合金で形成された締結部材と、鉄合金より卑な電位を有する金属材料で形成された締結部材との接触を抑制できるので、電食を抑えることができる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１は、締結構造体１０の構成を示す図である。

第１フランジ１２は、鉄合金で形成され、第１締結部材としての機能を有している。第１フランジ１２は、例えば、略円状に形成され、その外径は５０ｍｍから６０ｍｍである。第１フランジ１２には、ボルト等を挿入するためのボルト穴（図示せず）が複数箇所に設けられる。

第１フランジ１２には、例えば、燃料電池用の燃料ガスや酸化剤ガスを流す第１ガス配管１４が設けられる。第１ガス配管１４は、第１フランジ１２と同様にして鉄合金で形成される。第１ガス配管１４は、その外径が、例えば、１５ｍｍから２０ｍｍとなるように形成される。第１フランジ１２と第１ガス配管１４とは、例えば、一般的な金属材料の溶接等で接合される。

第１フランジ１２と第１ガス配管１４とを形成する鉄合金には、耐食性に優れたステンレス鋼等を用いることが好ましい。ステンレス鋼には、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼等が用いられる。勿論、鉄合金は、上記ステンレス鋼に限定されることはない。

第１フランジ１２の締結面は、第２フランジ１８の締結面との電食を防止するため亜鉛被覆される。亜鉛の電位は、鉄合金の電位とアルミニウム合金やマグネシウム合金等の電位との中間電位に位置するので、鉄合金とアルミニウム合金等との電位差を低減することができるからである。

鉄合金への亜鉛被覆には、例えば、亜鉛めっき法が使用される。まず、鉄合金は、亜鉛めっきする前に前処理される。前処理は、アルカリ溶液等を用いた脱脂洗浄と、塩酸や硫酸等を用いた酸洗処理とにより行われる。また、鉄合金にステンレス鋼を使用する場合には、亜鉛めっき層の密着性を向上させるためニッケルストライクめっき等を行ってもよい。亜鉛めっき浴には、シアン化亜鉛めっき浴、ジンケート亜鉛めっき浴等が使用される。また、亜鉛めっき後にクロメート処理を行なってもよい。

鉄合金への亜鉛被覆は、上述した亜鉛めっき法による被覆に限定されることはない。亜鉛被覆には、一般的な、金属材料の被覆方法であるスパッタリング法やイオンプレーティング法等の物理蒸着法（ＰＶＤ法）、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、溶融めっき法等を用いることができる。亜鉛被覆層１６は、その膜厚が、例えば、１０μｍから２０μｍとなるように形成される。

第２フランジ１８は、鉄合金より卑な電位を有する金属材料で形成され、第２締結部材としての機能を有している。第２フランジ１８は、例えば、略円状に形成される。第２フランジ１８には、ボルト等を挿入するためのボルト穴（図示せず）が複数箇所に設けられる。

第２フランジ１８には、例えば、燃料電池用の燃料ガスや酸化剤ガスを流す第２ガス配管２０が設けられる。第２ガス配管２０は、第２フランジ１８と同様の金属材料で形成される。第２ガス配管２０は、その外径が、例えば、１５ｍｍから２０ｍｍとなるように形成される。第２フランジ１８と第２ガス配管２０とは、例えば、一般的な金属材料の溶接等で接合される。

第２フランジ１８と第２ガス配管２０とを形成する鉄合金より卑な電位を有する金属材料とは、鉄合金よりイオン化傾向が大きい金属材料である。このような金属材料には、アルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽合金が用いられる。

アルミニウム合金には、例えば、Ａｌ−Ｃｕ系アルミニウム合金、Ａｌ−Ｓｉ系アルミニウム合金、Ａｌ−Ｍｇ系アルミニウム合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系アルミニウム合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金等を使用することができる。勿論、アルミニウム合金は、上記アルミニウム合金に限定されることはない。

マグネシウム合金には、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系マグネシウム合金、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｚｒ系マグネシウム合金、Ｍｇ−Ｍｎ系マグネシウム合金、Ｍｇ−Ｚｎ−希土類元素系マグネシウム合金、Ｍｇ−Ｔｈ系マグネシウム合金等を使用することができる。勿論、マグネシウム合金は、上記マグネシウム合金に限定されることはない。

第２フランジ１８の締結面は、第１フランジ１２の締結面より小さく形成される。第２フランジ１８の締結面を第１フランジ１２の締結面より小さく形成するのは、第１フランジ１２のエッジ部や端面等から亜鉛被覆層１６が剥離した場合でも、第１フランジ１２と第２フランジ１８との接触を防止して、第１フランジ１２と第２フランジ１８との電食を抑制するためである。第１フランジ１２の外径が、例えば５０ｍｍである場合には、第２フランジ１８の外径は４０ｍｍであることが好ましく、３０ｍｍであることがより好ましい。

第１フランジ１２と第２フランジ１８とはボルト等により締結されて、締結構造体１０が製造される。図２は、締結構造体１０の作用を示す図である。第１フランジ１２のエッジ部で亜鉛被覆層１６が剥離した場合でも、第１フランジ１２と第２フランジ１８との間には、亜鉛被覆層１６が残留している。このように、第２フランジ１８の締結面は第１フランジ１２の締結面より小さく形成されているので、第１フランジ１２のエッジ部で亜鉛被覆層１６が剥離した場合でも、第１フランジ１２の締結面と第２フランジ１８の締結面との接触を防止し、電食が進行することを抑えることができる。

以上、上記構成によれば、鉄合金で形成され、締結面を亜鉛被覆した第１フランジと、鉄合金より卑な電位を有する金属材料で形成された第２フランジとを有し、第２フランジの締結面を第１フランジの締結面より小さく形成することにより、第１フランジのエッジ部で亜鉛被覆層が剥離した場合でも、第１フランジの締結面と第２フランジの締結面との接触を防止し、電食が進行することを抑制することができる。

上記構成によれば、第２フランジにアルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽合金を使用することにより、自動車部品等をより軽量化することができる。

上記構成によれば、第１フランジにステンレス鋼を使用することにより、自動車部品等の耐食性をより向上させることができる。

本発明の実施の形態において、締結構造体の構成を示す図である。本発明の実施の形態において、締結構造体の作用を示す図である。

符号の説明

１０締結構造体、１２第１フランジ、１４第１ガス配管、１６亜鉛被覆層、１８第２フランジ、２０第２ガス配管。

Claims

鉄合金で形成され、締結面を亜鉛被覆した第１締結部材と、
鉄合金より卑な電位を有する金属材料で形成された第２締結部材と、
を有し、
第１締結部材と第２締結部材とを締結した締結構造体であって、
第２締結部材の締結面は、第１締結部材の締結面より少なくとも１０ｍｍ以上小さく形成されることを特徴とする締結構造体。
請求項１に記載の締結構造体であって、
第２締結部材は、アルミニウム合金またはマグネシウム合金で形成されることを特徴とする締結構造体。
請求項１または２に記載の締結構造体であって、
第１締結部材は、ステンレス鋼で形成されることを特徴とする締結構造体。