JPH08338413A - アルミニウム系部材用鋼製ボルト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋼製ボルトとアルミニウム系部材とを容易
に、低コストで溶接して固定することができるアルミニ
ウム系部材用鋼製ボルトを提供する。 【構成】 鋼製ボルト本体１と、この鋼製ボルト本体１
における頭部１ａの座面側に配置されたアルミニウム又
はアルミニウム合金からなるアルミニウム系材２ａと鋼
系材２ｂとのクラッド材２とを有する。そして、鋼製ボ
ルト本体１の座面とクラッド材２の鋼系材２ｂとを溶接
により固定する。このこのような鋼製ボルトにおけるア
ルミニウム系材２ｂとアルミニウム系部材３とを溶接し
て、鋼製ボルト１とアルミニウム系部材３とを固定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアルミニウム又はアルミ
ニウム合金からなるアルミニウム系部材に接合できるア
ルミニウム系部材用鋼製ボルトに関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素鋼又はステンレス鋼等の鋼系部材に
炭素鋼又はステンレス鋼等の鋼製ボルトを取り付ける場
合には、通電によるアーク熱又は抵抗発熱を利用して、
溶融溶接するスタッド溶接法が使用されている。しか
し、一般にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる
アルミニウム系部材と鋼系部材とをアーク溶接又は抵抗
溶接等の溶融溶接法を使用して、アルミニウム（Ａｌ）
と鋼（Ｆｅ）とを溶融接合すると、接合部において極め
て脆い金属間化合物が生成するため、直接アルミニウム
と鋼とを溶融接合することはできない。このため、スタ
ッド溶接法を使用してもアルミニウム系部材に鋼製ボル
トを接合することはできない。

【０００３】そこで、アルミニウム系部材等に鋼製ボル
トを取り付ける場合には、ボルト及びナット等によって
ネジ止めしたり、リベット接合又はカシメ接合等によっ
て、機械的に締結している。また、接着剤を使用して接
合したり、リベット接合又はカシメ接合と接着剤とを併
用して固定する方法もある。更に、アルミニウム系部材
等にボルトを取り付ける必要があって、上述の機械的締
結方法及び接着剤を使用した接合方法を使用することが
できない場合には、アルミニウム製ボルトを使用して、
これをアルミニウム系部材にアーク溶接又は抵抗溶接等
により溶接している（例えば、特開昭６４−５６７３
号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ニウム系部材等の鋼と溶接することができない部材に、
鋼製のボルトをボルト及びナットを使用してネジ止めに
より固定する場合には、部品数が増加するのみならず、
鋼製ボルトの取付け部の形状が複雑になってしまう。ま
た、鋼製ボルトをネジ止めにより取り付ける場合には、
その際ボルト又はナットのいずれかを何らかの方法で固
定しておく必要があるため、取付け作業が煩雑となる。

【０００５】リベット接合又はカシメ接合を応用した接
合では、これらの接合に専用の装置が必要となるため、
初期の導入コストが高くなってしまう。また、これらの
接合により取り付けられた鋼製ボルトにおいては、その
押し込み剥離強さ及び剪断強度等については所定の強度
を得ることができるが、トルク剥離強さを所定以上とす
るには鋼製ボルトの取付け部を多角形にしたり、突起を
出したりする等の工夫が必要である。このため、取り付
けるべき鋼製ボルトは特殊なボルトとなり、ランニング
コストが高くなってしまう。

【０００６】また、接着剤を使用して鋼製ボルトをアル
ミニウム系部材に取り付ける場合は、接着剤が硬化して
接着するまでに一定の時間を要するため、作業性が極め
て低下し、また接着剤は経時的に劣化するため、接着剤
のみによる取付け方法では、信頼性が極めて低下してし
まう。このため、接着剤による接合を機械的締結と併用
することも行われているが、鋼製ボルトの取付け部の形
状及び外観並びに取付けの作業性及びコスト等に関して
問題点も多い。

【０００７】一方、ボルトの材質をアルミニウム系のも
のにすると、溶融接合することはできるが、アルミニウ
ム系材製ボルトをアルミニウム系部材に抵抗溶接を使用
して溶接する場合に、アルミニウム系材は鋼系材に比べ
て電気伝導率が高く、熱伝導率も高いため、抵抗が小さ
く発熱し難いことに加えて熱が逃げやすい。このため、
短時間に大電流を通電する必要がある。しかし、容量が
小さい鋼用の抵抗溶接機では、大電流を得ることができ
ず、アルミニウム系材を抵抗溶接するためには、多用さ
れている鋼用抵抗溶接機を転用できず、大電流を通電す
ることができる高価な溶接機を導入する必要がある。ま
た、このような溶接機は、その大きさが大きくなり、可
搬性が低下してしまう。更に、アルミニウム系材製のボ
ルトをアーク溶接で溶接する場合にも専用の溶接機が必
要となるが、溶接後の接合部の外観は良好であるとはい
えない。更にまた、アルミニウム系材は鋼系材に比べ
て、素材そのものの強度が低く、従ってアルミニウム系
材製ボルトは、容易にネジ山が潰れたり、ボルトが倒れ
たりして、ボルトそのものの強度も問題となる。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、鋼製ボルトとアルミニウム系部材とを容易
に、低コストで溶接して固定することができるアルミニ
ウム系部材用鋼製ボルトを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るアルミニウ
ム系部材用鋼製ボルトは、鋼製ボルト本体と、アルミニ
ウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム系材と
鋼系材とのクラッド材とを有し、前記鋼製ボルト本体と
前記クラッド材の鋼系材とが溶接により固定されている
ことを特徴とする。

【００１０】また、前記溶接はプロジェクション溶接と
することができる。更に、前記クラッド材が前記鋼製ボ
ルト本体の頭部から離れた位置で抵抗スポット溶接が可
能な領域を有することが好ましい。更にまた、前記クラ
ッド材の前記領域は、直径５ｍｍ以上の抵抗スポット溶
接部を少なくとも１以上形成することができる大きさで
あることが好ましい。

【００１１】なお、本明細書におけるアルミニウム系材
とは、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる部材
をいい、また鋼系材とは、炭素鋼又はステンレス鋼等か
らなる部材をいう。

【００１２】

【作用】本発明においては、アルミニウム系材と鋼系材
とのクラッド材を、その鋼系材を鋼製ボルト本体と接触
させ、両者を溶接して固定する。そして、このクラッド
材付き鋼製ボルト（以下、「クラッドボルト」という）
をアルミニウム系部材に接合する場合に、クラッドボル
トにおけるクラッド材のアルミニウム系材と、接合すべ
きアルミニウム系部材とを溶接により接合する。これに
より、アルミニウム系部材と鋼系部材とを直接溶融混合
して、Ａｌ−Ｆｅ系の脆い金属間化合物を殆ど生成する
ことなく、鋼製ボルトとアルミニウム系部材とを溶接し
て固定することができる。なお、クラッド材を鋼製ボル
ト本体に接合する位置は、鋼製ボルト本体の座面側でも
よいし、その反対側の頂面側でもよい。

【００１３】また、鋼製ボルトと前記クラッド材とを溶
接接合する場合には、アーク溶接、ろう付け、抵抗溶接
又は摩擦溶接等により、溶接することもできるが、自動
車、鉄道車輌又は家電製品等の各種製造業で広く一般に
使用されているプロジェクション溶接により溶接するこ
とが好ましい。プロジェクション溶接法を使用すると、
低電力で確実な溶接をすることができ、また位置を特定
して溶接することもできる。なお、鋼製ボルトには、Ｊ
ＩＳ Ｂ１１９５の溶接ボルトを使用することができ
る。

【００１４】更に、クラッドボルトとアルミニウム系材
とを溶接する場合には、超音波溶接又はレーザー溶接等
を使用することもできるが、広く一般に使用されている
抵抗スポット溶接により溶接することが好ましい。抵抗
スポット溶接を使用する場合には、前記クラッドボルト
におけるクラッド材の部分を鋼製ボルトの頭部から離れ
た位置で抵抗スポット溶接できる程度に大きくし、この
領域において前記クラッドボルトとアルミニウム系部材
とを抵抗スポット溶接する。これにより、鋼製ボルトと
アルミニウム系部材とを強固に固定することができる。
なお、前記領域は、直径５ｍｍ以上の抵抗スポット溶接
部を少なくとも１以上形成することができる大きさであ
れば、鋼製ボルトとアルミニウム系部材との固定は十分
実用に耐え得る強度となる。

【００１５】また、クラッドボルトとアルミニウム系部
材とを溶接する場合に、溶接箇所と前記クラッドボルト
の中心軸との距離を大きくするほど前記クラッドボルト
のトルク剥離強さは大きくなるが、この距離を大きくし
過ぎると、押し込み剥離強さが弱くなってしまう。この
ため、クラッドボルトにおけるクラッド材の大きさは、
その中心軸から１００ｍｍ以内に溶接部を形成すること
ができる程度の大きさであることが好ましい。

【００１６】なお、クラッドボルトにおけるクラッド材
のアルミニウム系材及び鋼系材は、夫々クラッドボルト
を取り付けるべきアルミニウム系部材及びクラッドボル
トにおける鋼製ボルトと同一の材質とする必要はなく、
アルミニウム系材はアルミニウム又はアルミニウム合金
からなるものであればよく、また鋼系材は炭素鋼又はス
テンレス鋼等からなるものであればよい。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について、添付の図面
を参照して具体的に説明する。

【００１８】第１実施例 図１は本発明の実施例に係るアルミニウム系部材用鋼製
ボルトを示す部分切断した側面図である。先ず、アルミ
ニウム系材２ｂ及び鋼系材２ａの厚さがいずれも０．５
ｍｍで、総板厚が１．０ｍｍであるクラッド材２（Ａ５
０５２／ＳＰＣＣ）に直径８．２ｍｍの穴を開け、この
穴にＭ８×２０の溶接ボルト１（ＪＩＳＢ１１９５）の
軸部をとおした。そして、図１に示すように、溶接ボル
ト１の頭部１ａの座面とクラッド材２の鋼系材２ａとを
スタッド溶接し、溶接部４を形成した。

【００１９】なお、スタッド溶接は次のように行った。
図５は鋼製ボルトとクラッド材とをスタッド溶接する工
程を示す断面図である。この図５に示すように、クラッ
ド材２に開けた穴に溶接ボルト１をとおして、溶接ボル
ト１の頭部及びクラッド材２の下方から夫々電極５６ａ
及び５６ｂを押し当てて溶接を行った。また、このとき
の溶接条件は下記表１に示すとおりである。

【００２０】

【表１】

【００２１】次に、図１に示すように、Ａ５０５２合金
からなり、その厚さが２．０ｍｍのアルミニウム系部材
３に直径９．０ｍｍの下穴を開け、その穴に上述のよう
に作製したクラッドボルトの軸部をとおして、クラッド
材２のアルミニウム系材２ｂとアルミニウム系部材３と
を抵抗スポット溶接により１箇所溶接し、溶接部５を形
成した。

【００２２】なお、抵抗スポット溶接は次のように行っ
た。図６はクラッドボルトとアルミニウム系部材とを抵
抗スポット溶接する工程を示す断面図である。この図６
に示すように、クラッドボルト６０の軸部をアルミニウ
ム系部材３の下穴にとおして、クラッド材２の上方及び
アルミニウム系材３の下方から夫々電極６６ａ及び６６
ｂを押し当てて溶接を行った。また、このときの溶接条
件は下記表２に示すとおりである。

【００２３】

【表２】

【００２４】以上のようにして、鋼製ボルト１とアルミ
ニウム系部材３とを溶接により固定したとき、これらの
間にはＡｌ−Ｆｅ系の金属間化合物が殆ど生成すること
なく良好な接合状態を得ることができた。また、このと
きトルクレンチを使用して、トルク剥離強さを測定した
結果、２５Ｎｍ以上の大きなトルク剥離強さを得ること
ができた。

【００２５】更に、本実施例において行ったスタッド溶
接及び抵抗スポット溶接では、いずれも１７ｋＡ以下の
比較的低い溶接電流でアルミニウム系部材に鋼製ボルト
を固定することができた。なお、溶接電流を大きくする
ほど溶接強度を高くすることはできるが、アルミニウム
材用の大電流を通電させることができる大容量の溶接機
を使用しなくても、上述の溶接は鋼材用の抵抗溶接機で
十分溶接することができる。

【００２６】第２実施例 図２は本発明の実施例に係るアルミニウム系部材用鋼製
ボルトを示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はその
断面図である。なお、図２（ａ）において、「×」は溶
接箇所を示している。この図２（ａ）に示すように、鋼
製ボルト１１の頭部の座面とクラッド材の鋼系材１２ａ
とを３箇所スタッド溶接し、図２（ｂ）に示すように溶
接部１４を形成した。また、クラッド材の形状を上述の
第１実施例よりも大きくして、クラッドボルトにおける
クラッド材のアルミニウム系材１２ｂとアルミニウム系
部材１３とを２箇所抵抗スポット溶接し、溶接部１５を
形成した。

【００２７】このように、クラッドボルトとアルミニウ
ム系部材１３とを複数箇所溶接することにより、鋼製ボ
ルトとアルミニウム系部材との接合強度をより一層大き
くすることができる。なお、図３に示すように、例えば
クラッド材３２の形状を十字形として、アルミニウム系
部材との溶接可能領域を増加させることも有効である。

【００２８】また、溶接箇所を鋼製ボルトの中心軸から
離すことにより、より一層トルク剥離強さを得ることも
でき、溶接に高電流を通電して強固な溶接部を形成しな
くても、要求される強度及び剥離強さに十分対応するこ
とができる。

【００２９】第３実施例 図４は本発明の実施例に係るアルミニウム系部材用鋼製
ボルトを示す図であり、（ａ）はその上面図、（ｂ）は
その側面図である。この図４（ａ）に示すように、クラ
ッド材４２の形状を円盤状とすることにより、クラッド
材４２とアルミニウム系部材とを多数箇所溶接すること
ができる。また、多数箇所溶接することが必要でない場
合であっても、クラッド材４２の任意の部位に抵抗スポ
ット溶接することができるため、極めて作業性を向上さ
せることができる。

【００３０】なお、本発明では鋼製ボルトについて開示
しているが、鋼製部材とアルミニウム系部材とを溶接す
る場合、例えば鋼製ナットとアルミニウム系部材とを溶
接する場合等にも適用することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
鋼製ボルトにアルミニウム系材と鋼系材とからなるクラ
ッド材を溶接することにより、短時間で容易に鋼製ボル
トとアルミニウム系部材とを溶接固定することができ
る。

【００３２】また、広く一般産業に使用されている抵抗
スポット溶接機を使用して、既存の溶接ボルトにクラッ
ド材を溶接することにより、容易にクラッドボルトを製
造することができ、生産コストの上昇を抑制することが
できる。

【００３３】更に、クラッドボルトをアルミニウム系部
材に溶接する場合も抵抗スポット溶接機を使用すること
ができるため、クラッドボルトの生産性及びクラッドボ
ルトを溶接する場合の作業性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るアルミニウム系部材用鋼
製ボルトを示す部分切断した側面図である。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施例に係るア
ルミニウム系部材用鋼製ボルトを示す夫々上面図及び断
面図である。

【図３】本発明の実施例に係るアルミニウム系部材用鋼
製ボルトを示す上面図である。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施例に係るア
ルミニウム系部材用鋼製ボルトを示す夫々上面図及び断
面図である。

【図５】鋼製ボルトとクラッド材とをスタッド溶接する
工程を示す断面図である。

【図６】クラッドボルトとアルミニウム系部材とを抵抗
スポット溶接する工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１，１１，３１，４１；鋼製ボルト １ａ；ボルト頭部 １ｂ；ボルト軸部 ２，１２，３２，４２；クラッド材 ２ａ，１２ａ；鋼系材 ２ｂ，１２ｂ；アルミニウム系材 ３，１３；アルミニウム系部材 ４，１４；スタッド溶接部 ５，１５；スポット溶接部 ５６ａ，５６ｂ，６６ａ、６６ｂ；溶接電極 ６０；クラッドボルト

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼製ボルト本体と、アルミニウム又はア
   ルミニウム合金からなるアルミニウム系材と鋼系材との
   クラッド材とを有し、前記鋼製ボルト本体と前記クラッ
   ド材の鋼系材とが溶接により固定されていることを特徴
   とするアルミニウム系部材用鋼製ボルト。
2. 【請求項２】 前記溶接がプロジェクション溶接である
   ことを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム系部材
   用鋼製ボルト。
3. 【請求項３】 前記クラッド材が前記鋼製ボルト本体の
   頭部から離れた位置で抵抗スポット溶接が可能な領域を
   有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミ
   ニウム系部材用鋼製ボルト。
4. 【請求項４】 前記クラッド材の前記領域は、直径５ｍ
   ｍ以上の抵抗スポット溶接部を少なくとも１以上形成す
   ることができる大きさであることを特徴とする請求項３
   に記載のアルミニウム系部材用鋼製ボルト。