特許 6420611 電着塗装される異種金属部材相互の締結構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6420611

(24)【登録日】2018年10月19日

(45)【発行日】2018年11月7日

(54)【発明の名称】電着塗装される異種金属部材相互の締結構造

(51)【国際特許分類】

   F16B 35/00 20060101AFI20181029BHJP

   F16B 39/282 20060101ALI20181029BHJP

   B62D 25/16 20060101ALN20181029BHJP

【ＦＩ】

   F16B35/00 K

   F16B39/282 Z

   !B62D25/16 B

【請求項の数】2

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-200087(P2014-200087)

(22)【出願日】2014年9月30日

(65)【公開番号】特開2016-70364(P2016-70364A)

(43)【公開日】2016年5月9日

【審査請求日】2017年6月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】100100354

【弁理士】

【氏名又は名称】江藤 聡明

(72)【発明者】

【氏名】辻 智子

【審査官】 熊谷 健治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２７２５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０３８２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５９−１２２４１７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１０−０８４８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０７７９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５７０１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｂ ２３／００−４３／０２

Ｂ６２Ｄ １７／００−２５／０８

Ｂ６２Ｄ ２５／１４−２９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電着塗装される異種金属部材相互の締結に用いられ、前記異種金属部材のうち螺入方向下側の金属部材と同種の金属材料で形成され、頭部の座面から突出する突起部と、少なくとも前記座面を絶縁被覆する被覆膜部と、を有し、前記座面における前記突起部から該座面の外側端部までの領域の距離が３ｍｍ以上である金属製ボルトを、対応するナットと係合させて前記異種金属部材相互を接合した、電着塗装される異種金属部材相互の締結構造であって、
前記金属製ボルトを対応するナットと係合させて前記異種金属部材相互を接合した状態で、前記突起部が前記異種金属部材のうち螺入方向上側の金属部材に直接接触し、且つ前記座面における前記突起部から該座面の外側端部までの領域を被覆する被覆膜部が前記螺入方向上側の金属部材に対して密着することを特徴とする、電着塗装される異種金属部材相互の締結構造。

【請求項2】

前記頭部の下部は、平面視略円形のフランジ部であり、
該フランジ部の径方向外側端縁部が、縦断面視で角のない湾曲端部となっていること特徴とする請求項１に記載の電着塗装される異種金属部材相互の締結構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属部材相互の締結に用いる金属製ボルトに関し、特に、電着塗装される異種金属部材相互の締結に用いる金属製ボルトに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車等の車両における車体の軽量化のために、主に鋼材等の鉄系材料からなる車体構成部材に対してアルミニウム製部材を採用するニーズが高まっている。しかし、アルミニウム製部材を鉄系材料からなる車体構成部材に対して単に接合したのでは、接合される両部材の接触部（両部材の接合に用いられるボルト等の鉄系部材とアルミニウム製部材との接触部も含む）において局部電池形成に伴う電位差腐食が発生するという問題がある。また、アルミニウム製部材の表面に電着塗装を施す場合、アルミニウム製部材の表面に対する電着塗料の付着性を高めるために事前にアルミニウム製部材の表面に化成処理が行われるところ、鉄系材料の車体構成部材とアルミニウム製部材の接触部付近ではアルミニウム部材表面上への化成被膜の形成が阻害される。したがって、両部材の接触部付近の電着塗料の付着性が低下する。

【0003】

かかる電位差腐食及び化成被膜形成の阻害（以下、化成処理不良という）の問題は、両部材の接合部に絶縁被膜を施すことで解消するが、絶縁被膜を施すとなると接合部における部材間の導通が遮断され、アルミニウム製部材表面への電着塗装が行えないこととなってしまう。

【0004】

そこで、接合される部材間に別途導通接点を設け、電着塗装後にこの導通接点を解消するといった処置がとられていた。

【0005】

特許文献１には、異なる部材相互の接触部における導通を確保しつつ、この接触部への水の浸入を防止する技術が開示されている。具体的には、図７に示すように、アースボルト１００の頭部１０１の座面１０１ａには、金属板１０２の表面の絶縁被膜１０３をはぎ取り可能な円環状に配置された突起部１０１ｂが設けられている。これによれば、アースボルト１００の金属板１０２への取付け状態において、突起部１０１ｂと金属板１０２が接触し、アースボルト１００及び金属板１０２間の導通が確保される。同時に、金属板１０２表面の絶縁被膜１０３は突起部１０１ｂにより切断され、この切断されて生じた絶縁被膜１０３の各端部に突起部１０１ｂの両側面が覆われるので、アースボルト１００及び金属板１０２の接触部の水密性が確保される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２−２１９８５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、アルミニウム製部材及び鉄系材料からなる車体構成部材の接合部に絶縁被膜を施し、電着塗装前に別途導通接点を設け、電着塗装後に導通接点を解消することは、工数アップによる生産性の低下を招く。

【0008】

また、特許文献１のアースボルトによれば、絶縁被覆された金属板へのアースボルトの締結という簡易な操作でアースボルト及び金属板間の導通を確保しつつ、円環状の突起部により突起部からアースボルト軸部側への水密性が確保されるので、異種金属部材を用いた場合であってもアースボルト及び金属板間の電位差腐食を防止することができる。しかしながら、特許文献１は電気機器から自動車等の筐体となる金属板にアースをとる技術であるから、金属板の表面は帯電する金属板表面を絶縁すべく絶縁被覆が既に施されていることを前提としており、その表面には化成処理も電着塗装も施すことはできない。

【0009】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、より簡易な構成で局部電池形成に伴う電位差腐食及び化成処理不良の生じない、電着塗装される異種金属部材相互の締結に用いる金属製ボルトを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、電着塗装される異種金属部材相互の締結に用いられ、前記異種金属部材のうち螺入方向下側の金属部材と同種の金属材料で形成され、頭部の座面から突出する突起部と、少なくとも前記座面を絶縁被覆する被覆膜部と、を有し、前記座面における前記突起部から該座面の外側端部までの領域の距離が３ｍｍ以上である金属製ボルトを、対応するナットと係合させて前記異種金属部材相互を接合した、電着塗装される異種金属部材相互の締結構造であって、前記金属製ボルトを対応するナットと係合させて前記異種金属部材相互を接合した状態で、前記突起部が前記異種金属部材のうち螺入方向上側の金属部材に直接接触し、且つ前記座面における前記突起部から該座面の外側端部までの領域を被覆する被覆膜部が前記螺入方向上側の金属部材に対して密着することを特徴とする。

【0011】

この構成によれば、頭部の下部の形態を、突起部と螺入方向上側の金属部材との直接接触に起因する化成処理不良の生じる範囲が座面における突起部から座面の外側端部までの領域内に留まるように設定しているので、金属製ボルトとナットによる異種金属部材相互の接合状態で、螺入方向上側の金属部材の表面のうち金属製ボルトの頭部の下部に無い領域（すなわち、化成処理液が触れる領域）は化成処理によって良好な被膜形成がなされ、良好な電着塗装を施すことが可能となる。

【0012】

さらに、金属製ボルトとナットによる異種金属部材相互の接合状態で、座面における突起部から座面の外側端部までの領域を被覆する被覆膜部が螺入方向上側の金属部材に対して密着しているので、金属製ボルトと螺入方向上側の金属部材との導通及び両部材の接触部の水密性が確保され、被水環境下においても電位差腐食が生じない。

【0013】

そのうえ、異種金属部材相互の締結はボルトとナットの係合という従来どおりの操作と変わるところがなく、生産性の低下も生じることがない。

【0015】

また、この構成によれば、車両における車体の電着塗装に先だって行われる一般的な化成処理の条件のもとで異種金属部材相互の接触部位から半径３ｍｍ未満の範囲が化成処理不良の生じる範囲となるところ、座面における突起部から座面の外側端部までの距離を３ｍｍ以上とすることで螺入方向上側の金属部材の表面のうち金属製ボルトの座面に覆われていない領域は化成処理によって良好な被膜形成がなされ、良好な電着塗装が可能となる。

【0016】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電着塗装される異種金属部材相互の締結構造において、前記頭部の下部は、平面視略円形のフランジ部であり、該フランジ部の径方向外側端縁部が、縦断面視で角のない湾曲端部となっていること特徴とする。

【0017】

この構成によれば、フランジ部の径方向外側端縁部が縦断面視で角の無い湾曲端部となっているから、突起部を除いて螺入方向上側の金属部材と座面とは鋭角的な接触がなく、この接触により座面の絶縁被膜がはがれるおそれがない。すなわち、座面における突起部から座面の外側端部までの領域の被覆膜部による被覆が確保され、化成処理不良の生じる範囲をこの被覆領域内により確実に留めることが可能となる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、頭部の下部の被覆領域が化成処理不良の生じる範囲を水密性を有しつつカバーしているので、異種金属部材相互の接合に起因する電位差腐食及び化成処理不良が生じない。したがって、電着塗装後の螺入方向上側の金属部材表面は良好に電着塗装がなされ、水との接触による腐食の問題も解消する。同時に、ボルトとナット締めという簡易な構成であるから、車両等の車体の生産性を低下させることもない。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】（Ａ）本発明の実施の形態に係る金属製ボルト１０の一部破断側面図、及び（Ｂ）底面図である。

【図2】本実施の形態に係る金属製ボルト１０の使用状態を説明するための、車両のフロント部の車幅方向断面の要部拡大図である。

【図3】（Ａ）異種金属部材の接触に起因する化成処理不良の生じる範囲の検討試験に用いた試料の説明図、及び（Ｂ）同図（Ａ）のＩＩＩ_Ｂ−ＩＩＩ_Ｂ線断面図である。

【図4】検討試験結果を、化成結晶の評点を縦軸とし、接点からの距離を横軸として示した図である。

【図5】良好な化成処理状態（評点５）を示す電子顕微鏡写真である。

【図6】化成処理不良の状態（評点３）を示す電子顕微鏡写真である。

【図7】従来のアースボルト及びこのアースボルトと金属板との接合状態を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

次に、本発明の実施の形態について図に基づいて詳細に説明する。電着塗装される異種金属部材相互の締結に用いられる本実施の形態に係る金属製ボルト１０を、図１及び図２を参照して説明する。

【0021】

図１（Ａ）は本発明の実施の形態に係る金属製ボルト１０の一部破断側面図であり、同図（Ｂ）は底面図である。

【0022】

同図（Ａ）に示すように、本実施の形態に係る金属製ボルト１０は頭部１２の下部がフランジ部１４となるフランジ付き六角ボルト（いわゆるフランジボルト）である。頭部１２は、平面視略６角形状であって、下部は平面視略円形のフランジ部１４となっている。金属製ボルト１０の軸部１６は、対応するナットサート（ナット）４０の雌ネジ部と螺合する雄ネジ部（ネジ山）１６ａが設けられている。フランジ部１４の下面が、金属製ボルト１０の螺入方向上側の金属部材（フェンダ４２）の表面と当接する頭部１２の座面１８となる。

【0023】

座面１８は、水平面ではなく軸部１６の軸芯位置を頂点として径方向外方の外側端部１８ａに向かって僅かに下方に傾斜するテーパ状となっており、外側端部１８ａ付近で緩やかに上方へ湾曲してフランジ部１４の上面部１４ａに連続する。すなわち、フランジ部１４の径方向外側端部１４ｂは、縦面視で略Ｕ字状の角のない湾曲端部となっている。なお、上記座面１８の傾斜は、見た目に気付かない程度の僅かな傾斜である。

【0024】

また、図１（Ｂ）に示すように、座面１８の軸部１６側には、下方に突出する円錐形状の６個の突起部１８ｂが、軸部１６を中心に底面視で円形に且つそれぞれ等間隔に配置されている。

【0025】

金属製ボルト１０は、後述する金属製ボルト１０の螺入方向下側の金属部材（アッパフレーム４４）と同種の鉄系の金属材料で形成され導電性を有するが、表面全体が樹脂製の無色透明の絶縁被膜（被覆膜部２０）により覆われている。

【0026】

頭部１２の下部、すなわち、フランジ部１４の形態は、突起部１８ｂと後述する螺入方向上側の金属部材（フェンダ４２）の直接接触に起因する化成処理不良の生じる範囲が座面１８における突起部１８ｂから座面１８の外側端部１８ａまでの領域Ａの範囲内に留まるように設定されている。好ましくは、座面１８における突起部１８ｂから座面１８の外側端部１８ａまでの領域Ａの距離Ｄは、３ｍｍ以上である。本実施の形態においては、この距離Ｄは３ｍｍである。

【0027】

金属製ボルト１０の各部の寸法は、座面１８の径方向内側端部から径方向外方の外側端部１８ａまでの距離が５ｍｍ以上であり、突起部１８ｂの幅が２ｍｍ以下であり、突起部１８の高さは０．３ｍｍ以上であり、座面１８の径方向内側端部から径方向外方の外側端部１８ａ間の高さが０．２ｍｍ未満である。

【0028】

次に、本発明の実施の形態に係る金属製ボルト１０の使用状態ともいうべき、異種金属部材が相互に締結された状態について、図２に基づき説明する。

【0029】

図２は、本実施の形態に係る金属製ボルト１０の使用状態を説明するための、車両のフロント部の車幅方向断面の要部拡大図である。本実施の形態においては、金属製ボルト１０は、フェンダ４２及びアッパフレーム４４を締結し、両部材の接合部の上部は、ボンネット４６の端部側によって覆われている。

【0030】

フェンダ４２はアルミニウム製であり、アッパフレーム４４は鉄系の金属部材で形成されている。すなわち、両者は互いに異種金属部材の関係にあり、図示のように、フェンダ４２は金属製ボルト１０の螺入方向上側の金属部材、アッパフレーム４４は金属製ボルト１０の螺入方向下側の金属部材である。

【0031】

図示のように、アッパフレーム４４の上面に表面を絶縁被覆した環状板材４８、フェンダ４２を順に重ねて配置されており、それぞれのボルト用挿通孔を位置合わせして金属製ボルト１０の軸部１６がこのボルト用挿通孔に挿通され、対応するナットサート４０が軸部１６に螺着され、強く締め付けられている。この締め付けにより金属製ボルト１０のフランジ部１４が弾性変形して突起部１８ｂを除く座面１８の領域が被覆膜部２０を介してフェンダ４２の表面と密着する。同時に、突起部１８ｂの先端を覆う絶縁膜部２０はフェンダ４２の表面に押付けられて破断し、突起部１８ｂの先端はフェンダ４２の表面に直接接触して食い込む。

【0032】

金属製ボルト１０によるフェンダ４２とアッパフレーム４４の締結状態において、絶縁被覆された環状板材４８が介在するのでフェンダ４２とアッパフレーム４４は直接の電気的接点を有さない。しかし、ナットサート４０が軸部１６に螺着された際に雄ネジ部１６ａの被覆膜部２０が破れ、軸部１６ａとナットサート４０は直接接触する。また、ナットサート４０は鉄系材料であり、且つ絶縁被覆されていないため、ナットサート４０とアッパフレーム４４は直接接触している。

【0033】

したがって、図２の矢印２００に示すように、アッパフレーム４４は、ナットサート４０及び金属製ボルト１０を介してフェンダ４２に対して導通する。すなわち、別途の導通接点を設けることなく、フェンダ４２及びアッパフレーム４４を含む車体全体を一つの陰極（カチオン電着塗装の場合である）として、電着塗装を車体全体に施すことができる。なお、矢印２００の矢視方向は、カチオン電着塗装を行う場合の電流の流れる方向を示している。

【0034】

本実施の形態によれば、頭部１２の下部であるフランジ部１４の形態を、突起部１８ｂとフェンダ４２（螺入方向上側の金属部材）との直接接触に起因する化成処理不良の生じる範囲が座面１８における突起部１８ｂから座面１８の外側端部１８ａまでの領域内に留まるように設定しているので、金属製ボルト１０とナットサート４０（ナット）による異種金属部材相互の接合状態で、フェンダ４２の表面のうち金属製ボルト１０１２の頭部の下部に覆われていない領域（すなわち、化成処理液が触れる領域）は化成処理によって良好な被膜形成がなされ、良好な電着塗装を施すことが可能となる。

【0035】

さらに、金属製ボルト１０とナットサート４０（ナット）による異種金属部材相互の接合状態で、座面１８における突起部１８ｂから座面１８の外側端部１８ａまでの領域を被覆する被覆膜部２０がフェンダ４２（螺入方向上側の金属部材）に対して密着しているので、金属製ボルト１０とフェンダ４２との導通及び両部材の接触部の水密性が確保され、被水環境下においても電位差腐食が生じない。

【0036】

そのうえ、異種金属部材相互の締結はボルトとナットの係合という従来どおりの操作と変わるところがなく、生産性の低下も生じることがない。

【0037】

また、車両における車体の電着塗装に先だって行われる一般的な化成処理の条件のもとで異種金属部材相互の接触部位から半径３ｍｍ未満の範囲が化成処理不良の生じる範囲となるところ、座面１８における突起部１８ｂから座面１８の外側端部１８ａまでの距離を３ｍｍ以上とすることでフェンダ４２（螺入方向上側の金属部材）の表面のうち金属製ボルト１０の座面１８に覆われていない領域は化成処理によって良好な被膜形成がなされ、良好な電着塗装が可能となる。

【0038】

さらに、フランジ部１４の径方向外側端縁部１４ｂが縦断面視で角の無い略Ｕ字状の湾曲端部となっているから、突起部１８ｂを除いてフェンダ４２（螺入方向上側の金属部材）と座面１８とは鋭角的な接触がなく、この接触により座面１８の絶縁被膜２０がはがれるおそれがない。すなわち、座面１８における突起部１８ｂから座面１８の外側端部１８ａまでの領域Ａの被覆膜部２０による被覆が確保され、化成処理不良の生じる範囲をこの被覆領域内により確実に留めることが可能となる。

【実施例】

【0039】

次に、本発明を実施例及び比較例を挙げてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0040】

［試料の調整］
図３に示すように、紐５０で吊るされた幅７０ｍｍ、長さ１５０ｍｍのアルミニウム製板材５２を鉄製のフランジボルト５４及びナット５８で挟み込んで締め付けて試料とした。なお、ナット５８は全面が絶縁被覆（図示省略）されており、ナット５８によるアルミニウム製板材５２への化成処理に対する影響は無い。

【0041】

アルミニウム製板材５２は本発明の螺入方向上側の金属部材に相当し、フランジボルト５４は鉄系の金属部材であって、螺入方向下側の金属部材と同種の金属材料で形成されたものに相当する。

【0042】

［化成処理］
上記試料に対し、以下の表１の工程に従って化成処理を施した。表１の化成処理工程は、車両の車体の一般的な化成処理の工程である。

【0043】

【表1】

【0044】

［化成処理結果の評価］
化成処理後の試料について、フランジボルト５４の座面５６の外側端部５６ａとアルミニウム製板材５２との接点を０ｍｍとして、フランジボルト５４の座面５６から離間する方向に０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ及び５ｍｍの位置のアルミニウム製板材５２の表面の化成結晶の生成状態を電子顕微鏡で観察した。図４は、接点からの距離と化成結晶の評点の関係を示す図である。

【0045】

化成結晶の評点は、図４に示すように、電子顕微鏡写真に基づいて結晶生成率を０〜１００％に換算し、０〜５点の評点に振り分け、０〜３点の評点を化成処理不良として、４〜５点の評点を良好な化成処理状態と判断した。結晶生成率の算出式を、以下に示す。

【0046】

結晶生成率（％）＝電子顕微鏡写真の所定領域中の結晶生成している部分の面積／電子顕微鏡写真の所定領域の面積×１００

【0047】

図５は、良好な化成処理状態（評点５）を示す電子顕微鏡写真であり、図６は、化成処理不良の状態（評点３）を示す電子顕微鏡写真である。図示のように、良好な化成処理状態とは、電子顕微鏡写真のほぼ全体に化成結晶の生成が見られる状態をいい、化成処理不良の状態とは、電子顕微鏡写真の所定領域のうち、化成結晶の生成が見られる領域が７５％未満である状態をいう。

【0048】

図４によれば、フランジボルト５４の座面５６の外側端部５６ａとアルミニウム製板材５２との接点からの距離が３ｍｍ〜５ｍｍのアルミニウム製板材５２上の部位においては、良好な化成処理状態となっていた。一方、上記接点からの距離が３ｍｍ以下（０．５ｍｍ、１ｍｍ及び２ｍｍ）のアルミニウム製板材５２上の部位においては、化成処理不良の状態であった。

【0049】

したがって、フランジボルト５４とアルミニウム製板材５２との接触部から３ｍｍ以上離れなければアルミニウム製板材５２の表面に良好な化成処理被膜を施すことができないことがわかった。

【0050】

すなわち、図２を参照して説明すると、金属製ボルト１０とフェンダ４２の接点（すなわち、突起部１８ｂとフェンダ４２の接触部）から径方向外方に３ｍｍ以上離れた位置に座面１８に覆われていないフェンダ４２の表面が在る場合が本発明の実施例となり、突起部１８ｂとフェンダ４２の接触部から３ｍｍ未満の位置に座面１８に覆われていないフェンダ４２の表面が在る場合が比較例となる。

【0051】

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、本実施の形態においては金属製ボルト１０により締結される螺入方向上側の金属部材としてアルミニウム製のフェンダ４２を、螺入方向下側の金属部材として鉄系の金属材料からなるアッパフレーム４４を採用しているが、この組み合わせに限られるものではない。互いに接合されて電着塗装される異種金属部材であれば、どのような組み合わせでもよい。

【0052】

また、本実施の形態に係る金属製ボルト１０は、全面を絶縁被膜２０により被覆しているが、少なくとも座面１８における突起部１８ｂから座面１８の外側端部１８ａまでの領域が被覆されていれば良い。

【符号の説明】

【0053】

１０ 金属製ボルト
１２ 頭部
１４ フランジ部（頭部の下部）
１４ｂ 径方向外側端部
１８ 座面
１８ａ 外側端部
１８ｂ 突起部
２０ 被覆膜部
４０ ナットサート（ナット）
４２ フェンダ（螺入方向上側の金属部材）
４４ アッパフレーム（螺入方向下側の金属部材）
Ａ 座面における突起部から座面の外側端部までの領域
Ｄ 座面における突起部から座面の外側端部までの領域の距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】