アルミボルトの応用検討 *陽極酸化皮膜による耐食性の向上とタッピンねじへの応用
高木 一樹 **TAKAGI Kazuki
1 はじめにた形状にするとある程度有効だが、ねじの形高強度アルミボルトが欧州をはじめ本邦で状としては成立させ難い。そこで、谷底、山も近年使用されつつあり、弊社でも種々の用頂点に極力均質に陽極酸化複合皮膜を施すこ途への適用を検討してきた。しかし、軽量化とで耐食性の向上を図り特殊陽極酸化アルアが訴えられる中でも応力腐食割れの問題や、ーマ®処理となづけた。
アルミ材の材質につい異種金属接触腐食の問題があり 1)、大幅に普て、7000 系、6000 系の 2 種類を用意した。

及しているわけでない。
特に 7000 系のアルミA7050 には T7 処理を、A6056 には T6 処理を合金の場合は応力腐食割れが問題となるので、行い、それぞれ強度 540MPa、420MPa を超え定期的に交換や検査が行われる箇所以外は使ている。

用されていない模様である。そこでアルミに陽極酸化を施し耐食性、表面硬さを高めることで用途の拡大を狙ったので紹介したい。
図 1 左よりアルミボルト、3D スキャン図、

2 ねじ部品の耐食性向上
ねじ部品の耐食性を向上させるためにアルねじ山縦断面ミに陽極酸化を施した。陽極酸化の工程では陽極に取り付けたアルミ材の接点から電流を流すことでアルミ表面に酸化膜が成長する。
その際にねじ部品では谷底は電流が流れにくいため陽極酸化皮膜の厚みが薄くなり、電流が流れやすいねじ山の頂点付近の皮膜は厚くなる。また、面に対して垂直に陽極酸化皮膜が成長するので、図 1 のように曲率が大きい凸部は皮膜の間隙が生じやすい。間隙を防止するには曲率を小さく、なだらかな R がつい皮膜の電気的な遮蔽効果を確認するために、
図 2 のように各種ボルトを塩化ナトリウム3wt％水溶液に沈めて電気化学測定 LSV（リニアスイープボルタンメトリ）を行い、各種表面処理の電気の流れやすさを測定した。これにより皮膜に欠陥がある場合は、その部分を通じて電気が流れるので皮膜の性能を評価できる。なお参照電極には Ag/AgCl を使用した。

* 原稿受付：平成 30 年 3 月 6 日** 株式会社ヤマシナ

日本ねじ研究協会誌 41 巻 3 号 (2010)― 1―

用意した試料M5x0.8-25 A7050 T7

トリウム 3.5wt％水溶液を使用した。
表 1 塩水交互浸漬結果(a) アルミ生地(b) 一般的な陽極酸化(c) アルアーマ®
図 2 電気化学測定図
表 1 に実験に供したボルトと結果を示す。
一般的な陽極酸化は膜厚 10µm 程度であり、特殊陽極酸化アルアーマ®は 40µm である。今回用いた特殊陽極酸化は高速で処理できる特徴があり、処理時間を考慮して一般的な陽極酸化 10µm と同じ生産性である 40µm とした。

鋼製ボルトは一日で腐食が始まった。比較対象として入れた A7075 T6 では 2 日後に破断したものがあった。明確な破断がおきたのは②③のみであったが、⑤⑥も腐食が進行しており、外観に著しい変化が無かったものはアルアーマ®を施した④⑦のみであった。
図4に代表の写真を掲示する。

図 4 試料状態 左より① 鋼製ボルト SCM435 14 日経過

図 3 アルミボルト LSV 結果② アルミボルト A7075 生地 2 日経過③ アルミボルト A7050 一般陽極酸化 9 日経過

図 3 に結果を示す。グラフの縦軸単位は④ アルミボルト A7050 アルアーマ® 5 ヶ月経過

Amps/cm2 であり高いほど絶縁されていないことがわかる。つまり、生地、一般的な陽極電気化学測定の結果と交互浸漬法の結果の酸化、アルアーマ®の順に電子の移動が起きや整合性は取れており、電気的回路を形成しやすい。

すく、皮膜に欠陥があると考えられる試料ほ

応力腐食割れの確認として塩水浸漬 10 分

ど 7000 系では破断までの日数が短く、6000と大気開放 50 分を繰り返す塩水交互浸漬法系では腐食が進行した。

を行った。SUS304 の四角管を介してアルミ陽極酸化皮膜の欠陥を無くし、電気的な抵抗ボルト M5x0.8 -25 を締付け破断トルクの 80-を高く保つことは、異種金属電位差による腐90％にて SUS304 ナットに各 5 本締付けて、食に対して、また応力腐食割れに対しても抑腐食、破断の状況を確認した。塩水は塩化ナ止効果があることが実証できた。

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J.Japan Res.Inst.for Screw Threads & Fasteners. Vol.41, No.3 (2010)

3 アルミ製タッピンねじの材質選定
アルミ製のタッピンねじを使用する場合に、あるいは PA GF などの樹脂に対して検討を行い性能を確認した。

相手材の硬さとの兼ね合いでねじ山の変形がアルアーマ PT®として量産販売を開始して懸念される。どの程度の硬さの相手材まで使おり、材質 A6056 T6 処理 強度 420MPa に用可能か、各種アルミ材でタッピンねじを製て PA GF や PPS GF にも適用可能である。ア

造し、ねじ込み試験によりその限界の調査をルミ生地のまま樹脂ボスに締付けるとねじ山行った。表 2、3 中に○をつけた部分はおね

頂点にわずかな変形がみられたが、陽極酸化じの山の変形が無く、めねじを成形できた組処理を施すことによりこの問題は解消された。

合せである。

実験の一例を次に示す。

なおアルミ製タッピンねじに陽極酸化処理を

表 4 ねじ込み試験 条件施すことにより表面硬さを向上させ、より硬い相手材に対して めねじを成形することができる。
表 2 ねじ込み試験によるねじ山の変形
陽極酸化なし表 3 ねじ込み試験によるねじ山の変形
陽極酸化あり使用する相手材に応じて、アルミ材の材質を選択する必要がある。可能性がある組合せに

図 5 タッピンねじ ねじ込みグラフ(例)ついては更に重点的に調査を行った。
表 5 タッピンねじ ねじ込み試験結果
4 樹脂用アルミ製タッピンねじ
アルミの強度が低いことから、柔らかい樹脂への適用を当初検討した。その後、PPS GF
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鋼製のねじと比較して、低いトルクでねじ軸きる。また、アルミ材の強度、皮膜の硬さも部が破断するが、ドライバの締付けトルクの高いほうがねじ山の変形を防ぐには良い。

設定は十分可能である。

相手材がアルミダイキャスト ADC12 の場合、次に、ヒートサイクルによる軸力の変化を7000 系のアルミを使用して陽極酸化処理をロードセルを用いて測定した。アルミ製タッ施すことで使用可能となる。A6056 で試した

ピンねじにはアルミ製のロードセル、鋼製タが、こちらはねじ山が変形して安定した結果ッピンねじには鋼製のロードセルを使用した。

が得られなかった。押出し材などのアルミで温度変化20℃→100℃×1h→-30℃×1h→20℃

は A6056 でも使用することが可能である。

これを 4 回繰り返した。図 6 に結果を示す。
6 陽極酸化皮膜の可能性
このような高硬度、高耐食の特徴を持つ陽極酸化皮膜をアルミインサートナットに施すことで、電食対策を施したナットとしてCFRP などへの適用検討が進んでいる。
アルミインサートナットを CFRP や CFRTPと一体成形する場合、中の炭素繊維とアルミ材が直接接触すると腐食環境下では電位差に
図 6 ヒートサイクル軸力変化

よりアルミの腐食が進行する。これを防止す鋼製のねじと比較してアルミ製のねじの軸力るために、今回紹介したアルミボルトと同様変化が小さいことは明確である。参考に類似に陽極酸化皮膜を適用することで耐食性の向の材質の平均的な線膨張係数をあげると次の上を試みた。結果は良好で塩水交互試験を通りである。

2000 回実施して腐食などの問題は無く、今後鋼（中炭素鋼）10.7×10-6

アルミ（A6061） 23.6×10-62）の展開を期待したい。

3）

樹脂 （PPS GF+MD）20.0-30.0×10-64）

樹脂材質と被締結材の組合せによってアルミねじの軸力変化は小さく温度変化による軸力低下を防ぐには有効である。

参考文献
1）軽金属学会編（1985）アルミニウム材料の基礎と工業技術 第一版 P.204
2）日本機械学会編（1985）機械工学便覧
3）アルミニウムハンドブック第 4 版（1990）

5 アルミ材へのアルミ製タッピンねじの可能性

神戸製鋼
4）
ポリプラスチックス株式会社データベース

アルミ材に めねじを成形するには良い潤

PPS ジュラファイド 6165A7S より滑材を塗布しなければ焼付きなどの問題が起― 4―

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