(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム合金部材に異種材料の締結部材を接触させる際の電食防止構造であって、
前記締結部材の少なくとも前記マグネシウム合金部材と接触する表面に、電着塗装による第１の被覆層と、この第１の被覆層上にポリテトラフルオロエチレン粒子を分散させた第２の被覆層とを被覆させ、前記第２の被覆層が前記第１の被覆層に架橋構造とされたことを特徴とするマグネシウム合金部材の電食防止構造。
【請求項２】
前記第１の被覆層の材料がカチオン系のエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム合金部材の電食防止構造。
【請求項３】
前記第１の被覆層の厚さが５〜５０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のマグネシウム合金部材の電食防止構造。
【請求項４】
前記第２の被覆層の厚さが１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマグネシウム合金部材の電食防止構造。
【請求項５】
マグネシウム合金部材に異種材料の締結部材を接触させるにあたり、
前記締結部材の少なくとも前記マグネシウム合金部材と接触する表面に、電着塗装による第１の被覆層を設け、次いで、この第１の被覆層上にポリテトラフルオロエチレン粒子を分散させた第２の被覆層を設けてこれら第１の被覆層と第２の被覆層とを架橋構造とすることを特徴とするマグネシウム合金部材の電食防止方法。
【請求項６】
前記第１の被覆層の材料がカチオン系のエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項５に記載のマグネシウム合金部材の電食防止方法。
【請求項７】
前記第１の被覆層の厚さが５〜５０μｍであることを特徴とする請求項５または６に記載のマグネシウム合金部材の電食防止方法。
【請求項８】
前記第２の被覆層の厚さが１〜１０μｍであることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のマグネシウム合金部材の電食防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム合金部材を、このマグネシウム合金部材とは異種の金属からなる締結部材で締結する構造において、締結部分における電気的腐食（電食）の発生を未然に防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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さら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、自動車車体の軽量化の検討が必要となり、実用金属の中で最も軽いマグネシウム合金を部品として使用することが多くなってきている。特に最近では、外装や構造部品のように非常に高い耐食性が求められる部位への適用が進められようとしている。
【０００３】
しかしながら、マグネシウム合金は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が発生し易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廻り部分においては、雨水や融雪塩等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、締結部分に不具合すなわち緩みを招くおそれがある。そこで従来では、特許第２７１５７５８号のようにアルミニウム製のワッシャに陽極酸化を施して絶縁したり、特公昭５８−４００４５号公報に開示されるようにボルトに樹脂を被覆したりする対策が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、アルミニウム製のワッシャに陽極酸化を施すには、コストが著しくかかってしまうといった欠点があった。また、ボルトに樹脂を被覆した場合には、ボルトに対する樹脂塗膜の密着性およびそれに伴う耐久性が不十分で、塗膜が剥離して電食が起こることが懸念され、密着性を向上させることが課題となっている。
【０００５】
したがって本発明は、例えば鋼製のボルトやワッシャ等の締結部材とマグネシウム合金部材とを絶縁して電食を防止するにあたり、安価で、かつ両者の密着性を十分に確保することができる電食防止構造および電食防止方法を提供することを目的としている。
【０００６】
本発明のマグネシウム合金部材の電食防止構造は、締結部材の少なくともマグネシウム合金部材と接触する表面に、電着塗装による第１の被覆層と、この第１の被覆層上にポリテトラフルオロエチレン粒子（以下、ＰＴＦＥ粒子と略称する）を分散させた第２の被覆層とを被覆させ、前記第２の被覆層が前記第１の被覆層に架橋構造とされたことを特徴としている。
【０００７】
また、本発明のマグネシウム合金部材の電食防止方法は、締結部材の少なくともマグネシウム合金部材と接触する表面に、電着塗装による第１の被覆層を設け、次いで、この第１の被覆層上に、ＰＴＦＥ粒子を分散させた第２の被覆層を設けてこれら第１の被覆層と第２の被覆層とを架橋構造とすることを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、電着塗装による第１の被覆層は、例えば従来行われている浸漬塗装と比べると締結部材に対する密着性およびそれに伴う耐久性が格段に高い。したがって、第１の被覆層は締結部材の表面から剥離しにくく、電食が効果的に防止される。ＰＴＦＥ粒子が分散された第２の被覆層は、第１の被覆層に架橋構造とされることにより第１の被覆層に対し強固に密着する。第２の被覆層は摩擦抵抗がきわめて少なく、密着性およびそれに伴う耐久性がきわめて高い。また、第２の被覆層は撥水性を有しているので、電食防止効果と被覆の耐候性が向上する。
【０００９】
締結部材がボルトの場合、摩擦抵抗が少ないことから締め付け時の摩擦変動が減少する。このため、ボルト締結時の締め付けトルクが安定し、これによってボルトの軸力のばらつきが抑えられるとともに、安定した軸力を得ることができる。また、従来では、完全に脱脂された状態や、切削油や防錆油等の油脂類が付着した状態等、表面状態が異なる場合には安定した軸力を得ることは難しかったが、表面を構成する第２の被覆層が、摩擦抵抗が少なく、かつ撥水性を有していることから、いかなる表面状態にかかわらず安定した軸力を得ることができる。
【００１０】
本発明の第１の被覆層の材料としては、カチオン系、アニオン系のエポキシ、アクリル、ポリブタジエン、アルキド等の各種樹脂を用いることができるが、高い防食性や密着性が得られる観点から、カチオン系のエポキシ樹脂が好適に用いられる。このような第１の被覆層の厚さは、５μｍ以上で密着性および耐久性が確保される厚さとなるが、５０μｍを超える厚さでは均一な厚さが得られないとともに、効果の増大は望めず電着エネルギーの浪費を招く。したがって、第１の被覆層の厚さは５〜５０μｍが好ましく、より好ましくは２０〜５０μｍである。第１の被覆層を締結部材に形成するにあたっては、締結部材が鋼製の場合、リン酸塩や黒色酸化等の被膜を形成する下地処理を施すことが望ましい。下地処理としては、この他にＺｎやＣｒをメッキしてもよい。
【００１１】
本発明の第２の被覆層はＰＴＦＥ粒子を第１の被覆層に対してより強固に密着させるために合成樹脂とアルコール類やケトン類等の有機溶剤に分散させ、乾燥させたものであり、溶媒中のＰＴＦＥ粒子の濃度は、例えば１〜３０％とされる。また、このときの合成樹脂添加量はＰＴＦＥの固形分に対し１０〜５０％が望ましい。第２の被覆層が所望の低摩擦性を発揮するには、ＰＴＦＥ粒子は分子量が１０００以下と低く、かつ、粒子径が１μｍ以下であることが望ましい。そして、第２の被覆層の厚さは、耐久性と摩擦トルクの安定性を得るために、１〜１０μｍが望ましい。第１の被覆層および第２の被覆層に用いられる上記各材料は安価であり、したがって、本発明は安価に構成することができる。
【００１２】
図１は、本発明の概念を示す断面図であって、鋼製のボルト等である締結部材１の表面に上記下地２を施し、この下地２の表面に、カチオン系のエポキシ樹脂を電着塗装して第１の被覆層１１を形成する。そして、この第１の被覆層１１が乾燥した後、ＰＴＦＥ粒子を分散させた溶媒中に第１の被覆層１１を所定時間浸漬し、加熱して第１の被覆層１１および第２の被覆層１２を硬化させる。ＰＴＦＥ粒子は硬化によって第１の被覆層１１の表面に架橋保持され、架橋構造が生成される。締結部材１は、被覆された第２の被覆層１２がマグネシウム合金部材２０に接触させられて締結される。
【００１３】
【実施例】
次に、実施例によって本発明の作用効果を明らかにする。
（１）リング・オン・ディスク法による試験
Ａ．表層の密着性試験
まず、図２を参照してリング・オン・ディスク法による試験方法を説明する。試験片としては、図２（ａ）に示すようにディスク１とリング２であって、図２（ｂ）に示すように、ディスク１を駆動源１０によって軸回りに回転させながら、その表面にリング２の端面を所定圧力をかけながら押し付け、ディスク１を回転させる駆動トルクに基づく摩擦トルクの変化を調べる。
【００１４】
さて、表１に示す処方で、直径：５０ｍｍ、厚さ：１ｍｍの鋼製のディスクの表面に被覆層を形成して実施例および比較例１〜４の試験片を得た。これらディスクを軸回りに２０ｒｐｍで回転させながら、その表面にＲａ：０．１３〜０．２０μｍ、内径：２０ｍｍ、外径：２５．６ｍｍのマグネシウム合金製のリングの端面を押し付け、その押圧荷重を１００ｋｇｆ／ｍｉｎの割合で昇圧しながら、ディスクを回転させる駆動トルクに基づく摩擦トルク（ｋｇｆ−ｃｍ）の変化を調べた。これらの測定結果を、図３に示す。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
リングの荷重に対して摩擦トルクが高いとせん断剥離に対する密着性に劣り、逆に摩擦トルクが低いと密着性に優れると判断される。図３に示すように、比較例１は比較的荷重が低い範囲で摩擦トルクが上昇し、比較例２，３は、それよりも低い荷重で第１の被膜が剥離している。被覆層が第１の被覆層しか形成されていないこれら比較例１〜３では、溶剤型エポキシ樹脂を浸漬によって形成した被覆層（比較例２）が最も密着性に劣り、次いでアニオン系エポキシを電着によって形成した被覆層（比較例３）、カチオン系エポキシを電着によって形成した被覆層（比較例１）の順に密着性が高まることが判る。すなわち、樹脂としてはカチオン系エポキシ、形成方法としては電着によるものが有利である。また、第１の被覆層を硬化させた後、第２の被覆層を被覆させた比較例４は、第１の被覆層と第２の被覆層とを架橋構造とした実施例よりも摩擦トルクが高く、密着性に劣る。実施例は荷重が上昇しても摩擦トルクが微増であり、各比較例よりも密着性が優れていることが判る。
【００１７】
Ｂ．実施例の被覆層別の密着性試験
上記実施例の第１の被覆層の厚さを３μｍ、５μｍ、２０μｍ、５０μｍ、７０μｍの５種類とし、これら第１の被覆層につき、上記と同様にしてリング・オン・ディスク法により摩擦トルクを測定した。また、第１の被覆層に積層する第２の被覆層の厚さを１μｍ未満、１μｍ、３μｍ、１０μｍ、１５μｍの５種類とし、これら第２の被覆層につき、上記と同様にしてリング・オン・ディスク法により摩擦トルクを測定した。第１の被覆層に関する結果を図４に、第２の被覆層に関する結果を図５にそれぞれ示す。図４によれば、第１の被覆層の厚さが５〜５０μｍの範囲では密着力に大きな変化はなく、良好な密着性が確保されることが判る。また、図５によれば、第２の被覆層の厚さが１〜１０μｍであれば、摩擦トルクの安定性が確保されることが判る。
【００１８】
（２）耐塩水噴霧による樹脂の耐久性試験
鋼製の試験片の表面に下地処理を施し、その下地に、第１の被覆層の樹脂としてカチオン系あるいはアニオン系のエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリブタジエン樹脂、アルキド樹脂を電着によりそれぞれ形成し、これら被覆層に塩水を適当時間噴霧した後、錆びの発生を調べた。この試験方法は、ＪＩＳ  Ｋ５４００に準じた。これらの結果を、表２に示す。なお、表２では、◎：錆びの発生なし、○：点状の錆びがわずかに発生、△：錆びの流れ跡が確認できたが実用上問題ない範囲、として評価した。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
表２によれば、エポキシ樹脂による被覆層は硬度３Ｈの鉛筆でも破れが見られず、したがって高い強度を有することが判る。また、アクリル樹脂およびポリブタジエン樹脂による被覆層は硬度２Ｈの鉛筆でも強度に問題なく、アルキド樹脂の被覆層では硬度Ｈの鉛筆で実用上問題ないレベルであった。よって、第１の被覆層に用いる樹脂としては、これら樹脂を用いることができ、中でもカチオン系エポキシ樹脂が最適である。
【００２１】
（３）撥水性試験
上記実施例および比較例１，２の各表面に精製水を液径２ｍｍになるように滴下し、それぞれの被覆層に対する水滴の接触角を調べた。これらの測定結果を、表３に示す。接触角が大きければ大きいほど撥水性に富んでいると判断される。
【００２２】
【表３】
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【００２３】
表３によれば、実施例の第２の被覆層は従来品の被覆層よりも撥水性に優れている。また、実施例の第２の被覆層は第１の被覆層に比べると撥水性が著しく向上しており、ＰＴＦＥ粒子の分散層である第２の被覆層の効果が確認された。
【００２４】
（４）軸力の測定
Ｍ８フランジ付きボルトに上記実施例を適用して被覆層を形成したサンプルを複数用意し、これらをナット部材に螺合して締結し、締結トルクと生じる軸力とを測定した。また、亜鉛メッキによる従来品についても同様にして試験を行った。これらの結果を、図６に示す。図６によれば、従来品の亜鉛メッキに比べて実施例のボルトの軸力のばらつきは少なく、したがって、的確なトルク管理が可能であることが判る。
【００２５】
（５）軸力の測定（オイル付着状態／脱脂状態の比較）
Ｍ８フランジ付きボルトに上記実施例を適用して被覆層を形成したサンプルを複数用意し、これらのオイル付着状態と完全脱脂状態の２つの場合につき、締結トルクと生じる軸力とを測定した。また、亜鉛メッキによる従来品についても同様にして試験を行った。これらの結果を、図７に示す。図７によれば、従来品の亜鉛メッキに比べて実施例のボルトの軸力は、オイル付着状態と完全脱脂状態における軸力に大きな差異は認められず、よって撥水性が良好でいかなる表面状態にかかわらず安定した軸力を得ることができる。
【００２６】
（６）ボール・オン・ディスク法による試験
第２の被覆層として、分子量および粒径の異なる３種類のＰＴＦＥ粒子の分散層を形成し、これらの摩擦係数をボール・オン・ディスク法によって測定した。ボール・オン・ディスク法は、図８に示すように、マグネシウム合金製のディスク３を駆動源２０により軸回りに回転させながら、その表面に、第２の被覆層を形成した直径１０ｍｍの鋼製のボール３０を押し付けて転動させる。そして、ボール３０が回転方向に引っ張られる力をセンサで感知し、その力に基づく摩擦係数を調べる。この場合、ディスク３に押し付けるボール３０の荷重は１００ｇ、ボール３０を転動させるディスク３の速度は０．２ｍ／ｓｅｃとした。３種類のＰＴＦＥ粒子は、「分子量１０００以下：平均粒径１μｍ以下」、「分子量３０〜４０万：平均粒径１μｍ以下」、「分子量３０〜４０万：平均粒径４μｍ」である。これらの結果を、図９に示す。図９によれば、分子量が１０００以下で、かつ平均粒径が１μｍ以下のＰＴＦＥ粒子の場合が、他の２種類のＰＴＦＥ粒子よりも摩擦係数が格段に小さく、よって、このようなＰＴＦＥ粒子が最適であることが確認された。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マグネシウム合金部材と異種材料からなる締結部材とを絶縁して電食を防止するにあたり、安価で、かつ両者の密着性を十分に確保することができるので、優れた電食防止効果および耐久性が発揮されるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の電食防止構造の概念を示す断面図である。
【図２】  リング・オン・ディスク法による試験方法を説明する図であって、（ａ）は試験片の斜視図、（ｂ）は装置の概念を示す側面図である。
【図３】  リング・オン・ディスク法によって実施例および比較例の密着性を調べた結果を示す線図である。
【図４】  リング・オン・ディスク法によって実施例の第１の被覆層の密着性を調べた結果を示す線図である。
【図５】  リング・オン・ディスク法によって実施例の第２の被覆層の密着性を調べた結果を示す線図である。
【図６】  実施例および従来品の軸力の変化を示す線図である。
【図７】  実施例および従来品のオイル付着状態と脱脂状態の軸力の変化を示す線図である。
【図８】  ボール・オン・ディスク法の試験装置を概念的に示す側面図である。
【図９】  ボール・オン・ディスク法によって実施例の摩擦係数の変化をを調べた結果を示す線図である。
【符号の説明】
１…締結部材、２…下地、１１…第１の被覆層、１２…第２の被覆層、
２０…マグネシウム合金部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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