JP3125040U - セラミックピースの取付け構造 - Google Patents

Abstract

【課題】金属母材の表面に容易かつ効率的に取付けて脱落を防止することが可能なセラミックピースの取付け構造を提供する。
【解決手段】表側より裏側の孔径の方が小さい貫通孔１１が設けられたセラミックピース１２と、貫通孔１１に装着され基部が金属母材１３に固定されるスタッドボルト１４と、スタッドボルト１４にねじ込まれるナット部材１５とを有し、貫通孔１１の表側にはスタッドボルト１４にねじ込まれたナット部材１５が収納される拡径部１６が形成され、ナット部材１５はスタッドボルト１４にねじ込まれて拡径部１６の底面１７に当接する金属製ナット１８と、金属製ナット１８がねじ込まれたスタッドボルト１４に更にねじ込まれる耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる締結ナット１９とを備え、セラミックピース１２は金属製ナット１８により金属母材１３の表面に押圧され金属製ナット１８は締結ナット１９で覆われている。
【選択図】図１

Description

本考案は、金属母材の表面に容易かつ効率的に取付けて脱落を防止するセラミックピースの取付け構造に関する。

従来、金属母材にセラミックピースの耐熱性保護層を設けることにより、炉壁、バーナー、高炉羽口等の高温雰囲気中で使用される装置の耐熱性を向上させることが行なわれている。また、セラミックスが耐摩耗性に優れることを利用して、ブロアー、ポンプ等の高速回転機器の金属母材にセラミックピースをライニングすることで耐摩耗性保護層を形成し、高速回転機器の長寿命化を図ることも行なわれている。
ここで、金属母材にセラミックピースの耐熱性保護層又は耐摩耗性保護層を設ける場合、各保護層は、中央に貫通孔を備えたセラミックピースと、セラミックピースの貫通孔に装着され基部が金属母材に固定されるスタッド（例えば、ステンレス鋼製）と、貫通するスタッドと連結してセラミックピースを掛止する固定リングとを有し、スタッドとしては、例えば、先部に設けられ先端に突起を備えたコーン部と、このコーン部に続くフランジ部と、このフランジ部の上面に立設される溶接電流供給用のピン部とを有するものが使用されている。そして、セラミックピースの貫通孔にスタッドのピン部を裏側より挿通し、貫通孔の表側の凹部に収容されている固定リングにこのピン部をろう付けすることによって、セラミックスピースをスタッドのフランジ部と固定リングとで挟持し、溶接機のホルダーでピン部の基部を保持し突起を金属母材の表面に接触させて溶接電流を供給し、スタッドを金属母材にアークスタッド溶接することで、金属母材にセラミックピースを現場で簡単に取付けている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−９１３７６号公報

しかし、特許文献１では、固定リングとピン部との固定をろう付けにより行なっているため、ろう付け部の摩耗が進行すると、セラミックスピースが金属母材から剥離するという問題が生じる。また、ろう付け時にセラミックピースは加熱されるので熱歪みで破損する場合があり、更に、固定リングとピン部との接合が確実に行なわれているかの検査が非常に困難になるという問題がある。
また、固定リングとピン部とのろう付け部の摩耗損傷を解消するため、固定リングの代りに先側に雄ねじ部が形成されたセラミック製の蓋部材を作製してピン部の基側にねじ込んでピン部を保護することが行なわれている。しかし、ピン部の形状制約によりセラミックピースの厚みに限界が生じ、更に、セラミック製の蓋部材では、風圧やブロアー内部の剥離したパテ材等の異物の衝突によって、雄ねじ部側から折れる等の不具合が発生し、セラミックピースを取付けているピン部が剥き出しとなり、ピン部の摩耗進行によりセラミックスピースが金属母材から剥離するという問題が生じている。

本考案はかかる事情に鑑みてなされたもので、金属母材の表面に容易かつ効率的に取付けて脱落を防止することが可能なセラミックピースの取付け構造を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の考案に係るセラミックピースの取付け構造は、表側の孔径より裏側の孔径の方が小さい貫通孔が中央に設けられ、平面視して矩形のセラミックピースと、該セラミックピースの前記貫通孔に装着され、基部が金属母材に固定されるスタッドボルトと、該スタッドボルトにねじ込まれるナット部材とを有し、
前記貫通孔の表側には、前記スタッドボルトにねじ込まれた前記ナット部材が収納される拡径部が形成され、
前記ナット部材は、前記スタッドボルトにねじ込まれて前記拡径部の底面に当接する金属製ナットと、該金属製ナットがねじ込まれた該スタッドボルトに更にねじ込まれる耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる締結ナットとを備え、
前記セラミックピースは前記金属製ナットにより前記金属母材の表面に押圧され、該金属製ナットはその上面に当接する前記締結ナットで覆われている。
なお、本考案で、耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料とは、例えば、セラミック、超硬合金、及びサーメットの１又は２からなるものをいう。

前記目的に沿う第２の考案に係るセラミックピースの取付け構造は、表側の孔径より裏側の孔径の方が小さい貫通孔が中央に設けられ、平面視して矩形のセラミックピースと、該セラミックピースの前記貫通孔に装着され、基部が金属母材に固定されるスタッドボルトと、該スタッドボルトにねじ込まれるナット部材とを有し、
前記貫通孔の表側には、前記スタッドボルトにねじ込まれた前記ナット部材が収納される拡径部が形成され、
前記ナット部材は、前記スタッドボルトにねじ込まれて前記拡径部の底面に当接する金属製ナットと、該金属製ナットがねじ込まれた該スタッドボルトに更にねじ込まれる耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる袋ナットとを備え、
前記セラミックピースは前記金属製ナットにより前記金属母材の表面に押圧され、該金属製ナットの上面及び前記スタッドボルトの先側は前記袋ナットで覆われている。
ここで、第１、第２の考案に係るセラミックピースの取付け構造において、前記ナット部材の側面と前記貫通孔の内面との間には接着剤が充填されていることが好ましい。

前記目的に沿う第３の考案に係るセラミックピースの取付け構造は、表側の孔径より裏側の孔径の方が小さい貫通孔が中央に設けられ、平面視して矩形のセラミックピースと、該セラミックピースの前記貫通孔に装着され、基部が金属母材に固定されるスタッドボルトと、該スタッドボルトにねじ込まれるナット部材とを有し、
前記貫通孔の表側には、前記スタッドボルトにねじ込まれた前記ナット部材が収納される拡径部が形成され、
前記ナット部材は、前記スタッドボルトにねじ込まれて前記拡径部の底面に当接すると共に、該拡径部の内面との間に空間部を形成する金属製ナットと、該金属製ナットの外側面に形成された雄ねじ部にねじ込まれ開口端側が前記空間部に嵌入する耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる袋ナットとを備え、
前記セラミックピースは前記金属製ナットにより前記金属母材の表面に押圧され、該金属製ナットの上面及び前記スタッドボルトの先側は前記袋ナットで覆われている。
そして、第３の考案に係るセラミックピースの取付け構造において、前記袋ナットの側面と前記貫通孔の内面との間には接着剤が充填されていることが好ましい。
また、第１〜第３の考案に係るセラミックピースの取付け構造において、前記スタッドボルトは前記金属母材に溶接により固定することができる。

前記目的に沿う第４の考案に係るセラミックピースの取付け構造は、表側の孔径より裏側の孔径の方が小さい貫通孔が中央に設けられ、平面視して矩形のセラミックピースと、該セラミックピースの前記貫通孔に装着され、基部が金属母材に固定され、中間部にフランジ部が形成され該フランジ部より先側には雄ねじ部が形成されているスタッドボルトと、該雄ねじ部にねじ込まれる耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる締結ナットとを有し、
前記貫通孔の表側には前記フランジ部及び前記スタッドボルトの前記雄ねじ部にねじ込まれた前記締結ナットが収納される拡径部が形成され、
前記セラミックピースは前記拡径部の底面に当接する前記フランジ部に掛止されて前記金属母材の表面に固定され、該フランジ部はその上面に配置される前記締結ナットで覆われている。

第４の考案に係るセラミックピースの取付け構造において、前記スタッドボルトの前記フランジ部及び前記締結ナットの側面と前記貫通孔の内面との間には接着剤が充填されていることが好ましい。

前記目的に沿う第５の考案に係るセラミックピースの取付け構造は、表側の孔径より裏側の孔径の方が小さい貫通孔が中央に設けられ、平面視して矩形のセラミックピースと、該セラミックピースの前記貫通孔に装着され、基側に金属母材に固定されるフランジ部が形成され、該フランジ部より先側には雄ねじ部が形成されているスタッドボルトと、該雄ねじ部にねじ込まれる耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる締結ナットとを有し、
前記貫通孔の内面は孔径が表側から裏側に向けて徐々に縮小するテーパ状に形成され、
前記フランジ部の側面及び前記締結ナットの側面は前記貫通孔の内面の傾斜角度に実質的に一致した傾斜角度をそれぞれ備え、
前記セラミックピースは前記貫通孔の側面に当接する前記フランジ部により掛止されて前記金属母材の表面に固定され、該フランジ部はその上面に配置される前記締結ナットで覆われている。

第４、第５の考案に係るセラミックピースの取付け構造において、前記スタッドボルトは前記金属母材にアークスタッド溶接により固定することができる。

請求項１〜６記載のセラミックピースの取付け構造においては、金属母材に固定されセラミックピースの貫通孔に装着されたスタッドボルトに金属製ナットをねじ込んでセラミックピースを金属母材に押圧して固定するので、セラミックピースをスタッドボルトにろう付けする場合に比べて、固定を確実に行なうことができ、セラミックピースの脱落を防止できる。また、ろう付けを行なわないことで、セラミックピースが高温に曝されることがなく熱歪みによる破損が防止できると共に、セラミックピースの取付け作業を効率的に行なうことができる。

更に、スタッドボルトを容易に金属母材に固定できるので、金属母材の表面が曲面状であってもセラミックピースの取付けが容易になり、補修も容易にできる。そして、金属母材に取付けたスタッドボルトを介してセラミックピースを金属母材に取付けるので、金属母材とセラミックピースとの間に隙間が発生せず、取付け時におけるセラミックピースの破損を防止できると共に、セラミックピースの裏面側が金属母材で一様に支持されることで衝撃に対する強度を向上させることができる。また、セラミックピースの貫通孔の形状とスタッドボルトの形状は相互に影響を及ぼさないので、セラミックピースの加工が容易になりと共に、スタッドボルトに既製品を使用でき、スタッドボルトの管理が容易になり、更に取付けコストも低減する。

そして、請求項１記載のセラミックピースの取付け構造においては、金属製ナットが耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる締結ナットで覆われて、表面に露出する金属部分を少なくすることで、金属部材の損傷（加熱による劣化又は摩耗）を少なくすることができる。なお、耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料で締結ナットを形成するので、引張力が発生するボルトを硬質材料で形成する場合に比較して破損を抑制できる。
また、請求項２記載のセラミックピースの取付け構造においては、金属製ナット及びスタッドボルトが耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる袋ナットで覆われて、請求項４記載のセラミックピースの取付け構造においては、金属製ナットが耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる袋ナットで覆われて表面に露出しないので、金属部材の摩耗を防止できる。なお、耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料で袋ナットを形成するので、引張力が発生するボルトを硬質材料で形成する場合に比較して破損を抑制できる。

請求項７〜１０記載のセラミックピースの取付け構造においては、金属母材に固定されセラミックピースの貫通孔に装着されたスタッドボルトのフランジ部でセラミックピースが掛止されるので、セラミックピースをスタッドボルトにろう付けする場合に比べて、固定を確実に行なうことができ、セラミックピースの脱落を防止できる。また、ろう付けを行なわないことで、セラミックピースが高温に曝されることがなく熱歪みによる破損が防止できると共に、セラミックピースの取付け作業を効率的に行なうことができる。そして、スタッドボルトのフランジ部は耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる締結ナットで覆われて、表面に露出する金属部分が少なくなっているので、金属部材の摩耗を少なくすることができる。なお、耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料で締結ナットを形成するので、引張力が発生するボルトを耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料で形成する場合に比較して破損を抑制できる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本考案を具体化した実施の形態につき説明し、本考案の理解に供する。
ここで、図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本考案の第１の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造の側断面図、平面図、図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本考案の第２の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造の側断面図、平面図、図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本考案の第３の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造の側断面図、平面図、図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本考案の第４の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造の側面図、平面図、図５（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本考案の第５の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造の側面図、平面図である。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように本考案の第１の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造１０は、表側の孔径より裏側の孔径の方が小さい貫通孔１１が中央に設けられ、平面視して矩形のセラミックピース１２と、セラミックピース１２の貫通孔１１に装着され、基部が金属母材１３に固定されるスタッドボルト１４と、スタッドボルト１４にねじ込まれるナット部材１５とを有している。

ここで、セラミックピース１２は、例えば、一辺の寸法が１５〜５０ｍｍ、厚みが３〜１０ｍｍの正方形又は長方形であり、アルミナ、ジルコニア、サイアロン、窒化珪素、又は炭化珪素で形成されている。そして、貫通孔１１の表側には、拡径部１６が形成されている。また、スタッドボルト１４は、例えば、外径が３〜６ｍｍで、炭素鋼、ステンレス鋼等の鉄材で形成され、その基部が金属母材１３に溶接により固定されている。

ナット部材１５は、セラミックピース１２の貫通孔１１を挿通しているスタッドボルト１４にねじ込まれて、貫通孔１１の拡径部１６の底面１７に当接する金属製ナット１８と、金属製ナット１８がねじ込まれたスタッドボルト１４に更にねじ込まれる耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる締結ナットの一例であるセラミック製ナット１９とを備えている。ここで、金属製ナット１８は、例えば、外径が６〜１０ｍｍで炭素鋼、ステンレス鋼等の鉄材で形成され、セラミック製ナット１９は外径が６〜１０ｍｍでアルミナ、ジルコニア、サイアロン、窒化珪素、又は炭化珪素で形成されている。

そして、金属製ナット１８及びセラミック製ナット１９の外径寸法は拡径部１６に収容可能な寸法に調整され、金属製ナット１８及びセラミック製ナット１９の表側には、金属製ナット１８及びセラミック製ナット１９をねじ込む際にねじ込み工具の先端部が掛止される掛止穴２０が中心を挟んで両側にそれぞれ形成されている。更に、スタッドボルト１４にねじ込まれ拡径部１６内に収容された金属製ナット１８及びセラミック製ナット１９の各側面と拡径部１６の内面との間には接着剤２１が充填されている。ここで、接着剤２１としては、使用温度に応じて、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、封止用ガラス材を使用することができる。なお、図中、符号１４ａは雄ねじ形成領域を示し、１８ａ、１９ａはそれぞれ雌ねじ形成領域を示す（以下の実施の形態においても同様）。

続いて、本考案の第１の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造１０による金属母材１３へのセラミックピース１２の取付け方法について説明する。
先ず、金属母材１３にスタッドボルト１４を溶接により固定する。そして、金属母材１３に取付けたスタッドボルト１４をセラミックピース１２の貫通孔１１に挿通させて、スタッドボルト１４にセラミックピース１２を装着する。次いで、セラミックピース１２の表側から突出しているスタッドボルト１４に金属製ナット１８をねじ込み、金属製ナット１８が拡径部１６内に進入すると、掛止穴２０にねじ込み工具の先端部を装入して更にねじ込む。これにより、金属製ナット１８で拡径部１６の底面１７を押圧することができ、セラミックピース１２を金属母材１３の表面に固定することができる。

ここで、金属母材１３に先に取付けたスタッドボルト１４にねじ込む金属製ナット１８のねじ込み量でセラミックピース１２の金属母材１３に対する固定力が調整でき、金属母材１３にセラミックピース１２が密着しているか否かを確認しながら取付け作業を行なうことができる。なお、スタッドボルト１４を金属母材１３に固定する際に、隣り合うスタッドボルト１４の間隔に多少の変動が発生しても、スタッドボルト１４をセラミックピース１２の貫通孔１１に装着させた状態で、セラミックピース１２を金属母材１３表面に沿って移動させることができる。このため、スタッドボルト１４を貫通孔１１に装着させた状態のセラミックピース１２同士の位置を相互に調整することができ、セラミックピース１２を隙間なく金属母材１３に取付けることができる。

セラミックピース１２の金属母材１３への固定が終了すると、セラミックピース１２の表側から突出しているスタッドボルト１４にセラミック製ナット１９をねじ込み、セラミック製ナット１９が拡径部１６内に進入すると、掛止穴２０にねじ込み工具の先端部を装入して更にねじ込んで、セラミック製ナット１９を金属製ナット１８の上面に当接させる。これにより、金属製ナット１８及びセラミック製ナット１９を拡径部１６内に収容し、金属製ナット１８をセラミック製ナット１９で覆う状態にすることができ、露出する金属部分を少なくすることができると共に、金属製ナット１８の緩みを防止することもできる。

そして、セラミック製ナット１９から突出しているスタッドボルト１４の不要部分を除去する。次いで、拡径部１６内に収容された金属製ナット１８及びセラミック製ナット１９の各側面と拡径部１６の内面との間に接着剤２１を充填する。接着剤２１を充填することで、金属製ナット１８の緩みを更に防止することができると共に、セラミック製ナット１９の緩みも防止することができる。

図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように本考案の第２の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造２２は、第１の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造１０と比較して、スタッドボルト２３の長さがスタッドボルト１４より短く形成されて、セラミックピース１２の貫通孔１１に装着された際にスタッドボルト２３が貫通孔１１内に収容されることと、セラミック製ナット１９の代りにセラミック袋ナット（耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる袋ナットの一例）２４を有することが特徴となっている。従って、スタッドボルト２３及びセラミック袋ナット２４についてのみ説明し、第１の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造１０と実質的に同一の構成部材については同一の符号を付して説明は省略する。

スタッドボルト２３は、外径が３〜６ｍｍ、長さがセラミックピース１２の厚みの、例えば１／２を超え３／４以下であって、炭素鋼、ステンレス鋼等の鉄材で形成され、その基部が金属母材１３に溶接により固定される。長さがセラミックピース１２の厚みの１／２以下の場合、金属製ナット１８の厚みを確保して、更にセラミック袋ナット２４のねじ込み量も確保することが困難となる。また、長さがセラミックピース１２の厚みの３／４を超えると、セラミック袋ナット２４の頭部の厚みを確保することが困難になり、セラミック袋ナット２４の頭部の強さが低下するため好ましくない。

セラミック袋ナット２４は外径が６〜１０ｍｍで、雌ねじ部はスタッドボルト２３のねじ込み長さよりも長く形成されている。雌ねじ部をスタッドボルト２３のねじ込み長さよりも長くすることで、セラミック袋ナット２４をスタッドボルト２３にねじ込んだ際に、スタッドボルト２３の先端がセラミック袋ナット２４の雌ねじ部の底面に当たるのを防止して、セラミック袋ナット２４が破損するのを防止することができる。更に、セラミック袋ナット２４をスタッドボルト２３にねじ込んで、セラミック袋ナット２４の基面を先にねじ込んだ金属製ナット１８の上面に確実に当接させることができる。なお、セラミック袋ナット２４は、アルミナ、ジルコニア、サイアロン、窒化珪素、又は炭化珪素で形成することができる。

本考案の第２の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造２２による金属母材１３へのセラミックピース１２の取付け方法は、セラミックピースの取付け構造１０による金属母材１３へのセラミックピース１２の取付け方法と実質的に同一なので、説明は省略する。なお、セラミックピースの取付け構造２２では、金属製ナット１８の上面及びスタッドボルト２３の先側がセラミック袋ナット２４で覆われて表面に露出しないので、金属部材の摩耗や加熱による劣化をより効果的に防止できる。

図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように本考案の第３の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造２５は、表側の孔径より裏側の孔径の方が小さい貫通孔１１が中央に設けられ、平面視して矩形のセラミックピース１２と、セラミックピース１２の貫通孔１１に装着され、基部２６が金属母材１３に固定され、中間部にフランジ部２７が形成されフランジ部２７より先側には雄ねじ部２８が形成されているスタッドボルト２９と、雄ねじ部２８にねじ込まれるセラミック製ナット１９とを有している。

スタッドボルト２９は、基部２６の外径が、例えば、３〜８ｍｍ、フランジ部２７の外径が６〜１２ｍｍ、雄ねじ部２８の外径が３〜６ｍｍで、炭素鋼、ステンレス鋼等の鉄材で形成され、その基部２６が金属母材１３に溶接により固定されている。また、基部２６の基端中央には突起３０が設けられている。そして、貫通孔１１の表側に設けられた拡径部１６の内径寸法はフランジ部２７を収容可能な寸法に調整され、スタッドボルト２９にねじ込まれ拡径部１６内に収容されたセラミック製ナット１９及びフランジ部２７の各側面と拡径部１６の内面との間には接着剤２１が充填されている。なお、図３（Ａ）は、スタッドボルト２９を金属母材１３に溶接する前の状態を示している。

続いて、本考案の第３の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造２５による金属母材１３へのセラミックピース１２の取付け方法について説明する。
先ず、セラミックピース１２の貫通孔１１にスタッドボルト２９を基部２６から挿通させて、セラミックピース１２にスタッドボルト２９を装着する。そして、スタッドボルト２９の基部２６の突起３０を金属母材１３の固定しようとする位置に押圧すると共に、スタッドボルト２９の先側（雄ねじ部２８）を溶接機のホルダーで保持し、溶接電流を通電してアークを発生させる。このアークによって突起３０及び金属母材１３の表面が溶融し、押圧力により溶着する。その結果、フランジ部２７を拡径部１６の底面１７に当接させてセラミックピース１２をフランジ部２７で掛止することができ、セラミックピース１２を金属母材１３の表面に固定できる。

セラミックピース１２の金属母材１３への固定が終了すると、セラミックピース１２の表側から突出しているスタッドボルト２９の雄ねじ部２８にセラミック製ナット１９をねじ込み、セラミック製ナット１９が拡径部１６内に進入すると、掛止穴２０にねじ込み工具の先端部を装入して更にねじ込んでフランジ部２７に近接させて、セラミック製ナット１９でフランジ部２７の上面を覆う。これにより、フランジ部２７及びセラミック製ナット１９を拡径部１６内に収容し、フランジ部２７をセラミック製ナット１９で覆う状態にすることができ、露出する金属部分を少なくすることができる。そして、セラミック製ナット１９から突出している雄ねじ部２８の不要部分を除去する。

次いで、拡径部１６内に収容されたフランジ部２７及びセラミック製ナット１９の各側面と拡径部１６の内面との空隙に接着剤２１を注入する。注入された接着剤２１は空隙を充填すると共に、図３（Ａ）に記載されるフランジ部２７の上面とセラミック製ナット１９の下面の間に生じている隙間にも充填される。これにより、セラミック製ナット１９の緩みを防止することができる。

図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように本考案の第４の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造３１は、表側の孔径より裏側の孔径の方が徐々に縮小するテーパ状の貫通孔３２が中央に設けられ、平面視して矩形のセラミックピース３３と、セラミックピース３３の貫通孔３２に装着され、基側に金属母材１３に固定され貫通孔３２の内面の傾斜角度に実質的に一致した傾斜角度の側面を備えたフランジ部３４が形成され、フランジ部３４より先側には雄ねじ部３５が形成されているスタッドボルト３６と、雄ねじ部３５にねじ込まれ貫通孔３２の内面の傾斜角度に実質的に一致した傾斜角度の側面を備えた耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる締結ナットの一例であるセラミック製ナット３７とを有している。

スタッドボルト３６は、例えば、フランジ部３４の基端外径が貫通孔３２の基端外径に実質的に一致して、例えば６〜１０ｍｍ、フランジ部３４の先端外径が５〜８ｍｍ、雄ねじ部３５の外径が３〜６ｍｍで、炭素鋼、ステンレス鋼等の鉄材で形成され、その基端部が金属母材１３にアークスタッド溶接により固定されている。また、フランジ部３４の基端中央には突起３８が設けられている。また、セラミック製ナット３７の基端外径はフランジ部３４の先端外径に実質的に一致し、セラミック製ナット３７の先端外径は貫通孔３２の先端外径に実質的に一致して、例えば６〜１０ｍｍであり、アルミナ、ジルコニア、サイアロン、窒化珪素、又は炭化珪素で形成されている。

従って、セラミックピース３３の貫通孔３２に装着されたスタッドボルト３６の基端部を金属母材１３に固定することで、セラミックピース３３の貫通孔３２内面に側面が当接するスタッドボルト３６のフランジ部３４によりセラミックピース３３が掛止されて、セラミックピース３３を金属母材１３の表面に固定できる。そして、スタッドボルト３６の雄ねじ部３５にセラミック製ナット３７をねじ込み貫通孔３２内に進入させ、セラミック製ナット３７をフランジ部３４の上面に近接させることでフランジ部３４の上面をセラミック製ナット３７で覆うことができる。なお、図４（Ａ）はスタッドボルト３６を金属母材１３に溶接する前の状態を示している。

続いて、本考案の第４の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造３１による金属母材１３へのセラミックピース１２の取付け方法について説明する。
先ず、セラミックピース３３の貫通孔３２にスタッドボルト３６をフランジ部３４から挿通させて、セラミックピース３３の貫通孔３２にスタッドボルト３６を装着する。そして、スタッドボルト３６のフランジ部３４の突起３８を金属母材１３の固定しようとする位置に押圧すると共に、スタッドボルト３６の先側（雄ねじ部３５）を溶接機のホルダーで保持し、溶接電流を通電してアークを発生させる。このアークによって突起３８及び金属母材１３の表面が溶融し、押圧力により溶着する。その結果、フランジ部３４の側面を貫通孔３２の側面に当接させてセラミックピース３３をフランジ部３４で掛止することができ、セラミックピース３３を金属母材１３の表面に固定できる。

セラミックピース３３の金属母材１３への固定が終了すると、セラミックピース３３の表側から突出しているスタッドボルト３６の雄ねじ部３５にセラミック製ナット３７をねじ込み、セラミック製ナット３７が貫通孔３２内に進入すると、セラミック製ナット３７の表面に設けられた掛止穴２０にねじ込み工具の先端部を装入して更にねじ込んで、セラミック製ナット３７の側面を貫通孔３２の側面に当接させる。これにより、フランジ部３４及びセラミック製ナット３７を貫通孔３２内に収容し、フランジ部３４をセラミック製ナット３７で覆う状態にすることができ、露出する金属部分を少なくすることができる。そして、セラミック製ナット３７から突出している雄ねじ部３５の不要部分を除去する。

ここで、雄ねじ部３５にセラミック製ナット３７をねじ込む際に、セラミック製ナット３７の裏面側に図示しない接着剤（例えば、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂）を塗布しておく。これによって、セラミック製ナット３７をねじ込んだ際にフランジ部３４の上面とセラミック製ナット３７の下面の間に生じる隙間に接着剤を充填させることができ、セラミック製ナット３７の緩みを防止することができる。

図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように本考案の第５の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造３９は、第２の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造２２と比較して、スタッドボルト４０の長さがスタッドボルト２３より短く、スタッドボルト４０にねじ込まれる金属製ナット４１の外径が金属製ナット１８の外径より小さく、しかも、金属製ナット４１の外側面に雄ねじ部４２が形成され、金属製ナット４１がスタッドボルト４０にねじ込まれて拡径部１６の底面に当接した際に、スタッドボルト４０の先端部が金属製ナット４１から突出せず、拡径部１６の内面と金属製ナット４１の間に空間部４３が形成されることが特徴となっている。更に、セラミックピースの取付け構造３９は、セラミックピースの取付け構造２２と比較して、スタッドボルト２３にねじ込まれるセラミック袋ナット２４の代りに、金属製ナット４１の外側面に形成された雄ねじ部４２にねじ込まれ開口端側が空間部４３に嵌入する耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる袋ナットの一例であるセラミック袋ナット４４を有することが特徴となっている。従って、スタッドボルト４０、金属製ナット４１、及びセラミック袋ナット４４についてのみ説明し、第２の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造２２と実質的に同一の構成部材については同一の符号を付して説明は省略する。

スタッドボルト４０は、外径が３〜６ｍｍ、長さがセラミックピース１２の厚みの、例えば１／２を超え３／４以下であって、炭素鋼、ステンレス鋼等の鉄材で形成され、その基部が金属母材１３に溶接により固定される。長さがセラミックピース１２の厚みの１／２以下の場合、金属製ナット４１の厚みを確保して、更にセラミック袋ナット４４のねじ込み量も確保することが困難となる。また、長さがセラミックピース１２の厚みの３／４を超えると、セラミック袋ナット４４の頭部の厚みを確保することが困難になり、セラミック袋ナット４４の頭部の強さが低下するため好ましくない。一方、金属製ナット４１の外径は、金属製ナット４１の外側面と拡径部１６の内面との間に、例えば、２〜５ｍｍの隙間が形成されるように決定する。金属製ナット４１の外側面と拡径部１６の内面との間の隙間が２ｍｍ未満では、空間部４３に嵌入するセラミック袋ナット４４の開口端側の強さが低下するため好ましくなく、隙間が５ｍｍを超えるようにすると、拡径部１６の内径が大きくなってセラミックピース１２の強さが低下するため好ましくない。

セラミック袋ナット４４は外径が６〜１０ｍｍで、雌ねじ部４５は金属製ナット４１の雄ねじ部４２の長さよりも長く形成されている。雌ねじ部４５を金属製ナット４１の雄ねじ部の長さよりも長くすることで、セラミック袋ナット４４を金属製ナット４１にねじ込んだ際に、金属製ナット４１の先端がセラミック袋ナット４４の内側の凹部（雌ねじ部４５）の底面に当たるのを防止して、セラミック袋ナット４４が破損するのを防止することができる。更に、セラミック袋ナット４４を金属製ナット４１にねじ込んで、セラミック袋ナット４４の開口側端面をセラミックピース１２の拡径部１６の底面に確実に当接させることができる。なお、セラミック袋ナット４４は、アルミナ、ジルコニア、サイアロン、窒化珪素、又は炭化珪素で形成することができる。

本考案の第５の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造３９による金属母材１３へのセラミックピース１２の取付け方法は、セラミックピースの取付け構造１０による金属母材１３へのセラミックピース１２の取付け方法と実質的に同一なので、説明は省略する。なお、セラミックピースの取付け構造３９では、金属製ナット４１の上面及びスタッドボルト４０の先側がセラミック袋ナット４４で覆われて表面に露出しないので、金属部材の摩耗や加熱による劣化をより効果的に防止できる。
なお、第１〜第３、及び第５の実施の形態では、貫通孔１１は、すべて表側に拡径部１６が形成された段付き状であって、拡径部１６の底面は平面となっている。

以上、本考案の実施の形態を説明したが、本考案は、この実施の形態に限定されるものではなく、考案の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本考案のセラミックピースの取付け構造を構成する場合も本考案の権利範囲に含まれる。
例えば、第１、第３、及び第４の実施の形態では、セラミック製ナットをねじ込んでからスタッドボルトの雄ねじ部の不要部分を除去したが、金属母材にスタッドボルトを固定し雄ねじ部の不要となる部分をあらかじめ除去しておいてもよい。また、第１、第２の実施の形態では、セラミック製ナットをしめ込んでから接着剤を注入したが、接着剤を予め貫通孔の内面に塗布しておくこともできる。更に、耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料としてセラミックを使用したが、超硬合金、サーメットを使用することもできる。
なお、本考案では、セラミックピースの代りに、硬質樹脂ピース、ゴムピース、超硬合金ピースを使用することも可能である。

（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本考案の第１の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造の側断面図、平面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本考案の第２の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造の側断面図、平面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本考案の第３の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造の側断面図、平面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本考案の第４の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造の側断面図、平面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本考案の第５の実施の形態に係るセラミックピースの取付け構造の側断面図、平面図である。

符号の説明

１０：セラミックピースの取付け構造、１１：貫通孔、１２：セラミックピース、１３：金属母材、１４：スタッドボルト、１４ａ：雄ねじ形成領域、１５：ナット部材、１６：拡径部、１７：底面、１８：金属製ナット、１８ａ：雌ねじ形成領域、１９：セラミック製ナット、１９ａ：雌ねじ形成領域、２０：掛止穴、２１：接着剤、２２：セラミックピースの取付け構造、２３：スタッドボルト、２４：セラミック袋ナット、２５：セラミックピースの取付け構造、２６：基部、２７：フランジ部、２８：雄ねじ部、２９：スタッドボルト、３０：突起、３１：セラミックピースの取付け構造、３２：貫通孔、３３：セラミックピース、３４：フランジ部、３５：雄ねじ部、３６：スタッドボルト、３７：セラミック製ナット、３８：突起、３９：セラミックピースの取付け構造、４０：スタッドボルト、４１：金属製ナット、４２：雄ねじ部、４３：空間部、４４：セラミック袋ナット、４５：雌ねじ部

Claims (10)

1. 表側の孔径より裏側の孔径の方が小さい貫通孔が中央に設けられ、平面視して矩形のセラミックピースと、該セラミックピースの前記貫通孔に装着され、基部が金属母材に固定されるスタッドボルトと、該スタッドボルトにねじ込まれるナット部材とを有し、
   前記貫通孔の表側には、前記スタッドボルトにねじ込まれた前記ナット部材が収納される拡径部が形成され、
   前記ナット部材は、前記スタッドボルトにねじ込まれて前記拡径部の底面に当接する金属製ナットと、該金属製ナットがねじ込まれた該スタッドボルトに更にねじ込まれる耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる締結ナットとを備え、
   前記セラミックピースは前記金属製ナットにより前記金属母材の表面に押圧され、該金属製ナットはその上面に当接する前記締結ナットで覆われていることを特徴とするセラミックピースの取付け構造。
2. 表側の孔径より裏側の孔径の方が小さい貫通孔が中央に設けられ、平面視して矩形のセラミックピースと、該セラミックピースの前記貫通孔に装着され、基部が金属母材に固定されるスタッドボルトと、該スタッドボルトにねじ込まれるナット部材とを有し、
   前記貫通孔の表側には、前記スタッドボルトにねじ込まれた前記ナット部材が収納される拡径部が形成され、
   前記ナット部材は、前記スタッドボルトにねじ込まれて前記拡径部の底面に当接する金属製ナットと、該金属製ナットがねじ込まれた該スタッドボルトに更にねじ込まれる耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる袋ナットとを備え、
   前記セラミックピースは前記金属製ナットにより前記金属母材の表面に押圧され、該金属製ナットの上面及び前記スタッドボルトの先側は前記袋ナットで覆われていることを特徴とするセラミックピースの取付け構造。
3. 請求項１及び２のいずれか１項に記載のセラミックピースの取付け構造において、前記ナット部材の側面と前記貫通孔の内面との間には接着剤が充填されていることを特徴とするセラミックピースの取付け構造。
4. 表側の孔径より裏側の孔径の方が小さい貫通孔が中央に設けられ、平面視して矩形のセラミックピースと、該セラミックピースの前記貫通孔に装着され、基部が金属母材に固定されるスタッドボルトと、該スタッドボルトにねじ込まれるナット部材とを有し、
   前記貫通孔の表側には、前記スタッドボルトにねじ込まれた前記ナット部材が収納される拡径部が形成され、
   前記ナット部材は、前記スタッドボルトにねじ込まれて前記拡径部の底面に当接すると共に、該拡径部の内面との間に空間部を形成する金属製ナットと、該金属製ナットの外側面に形成された雄ねじ部にねじ込まれ開口端側が前記空間部に嵌入する耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる袋ナットとを備え、
   前記セラミックピースは前記金属製ナットにより前記金属母材の表面に押圧され、該金属製ナットの上面及び前記スタッドボルトの先側は前記袋ナットで覆われていることを特徴とするセラミックピースの取付け構造。
5. 請求項４記載のセラミックピースの取付け構造において、前記袋ナットの側面と前記貫通孔の内面との間には接着剤が充填されていることを特徴とするセラミックピースの取付け構造。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のセラミックピースの取付け構造において、前記スタッドボルトは前記金属母材に溶接により固定されることを特徴とするセラミックピースの取付け構造。
7. 表側の孔径より裏側の孔径の方が小さい貫通孔が中央に設けられ、平面視して矩形のセラミックピースと、該セラミックピースの前記貫通孔に装着され、基部が金属母材に固定され、中間部にフランジ部が形成され該フランジ部より先側には雄ねじ部が形成されているスタッドボルトと、該雄ねじ部にねじ込まれる耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる締結ナットとを有し、
   前記貫通孔の表側には前記フランジ部及び前記スタッドボルトの前記雄ねじ部にねじ込まれた前記締結ナットが収納される拡径部が形成され、
   前記セラミックピースは前記拡径部の底面に当接する前記フランジ部に掛止されて前記金属母材の表面に固定され、該フランジ部はその上面に配置される前記締結ナットで覆われていることを特徴とするセラミックピースの取付け構造。
8. 請求項７記載のセラミックピースの取付け構造において、前記スタッドボルトの前記フランジ部及び前記締結ナットの側面と前記貫通孔の内面との間には接着剤が充填されていることを特徴とするセラミックピースの取付け構造。
9. 表側の孔径より裏側の孔径の方が小さい貫通孔が中央に設けられ、平面視して矩形のセラミックピースと、該セラミックピースの前記貫通孔に装着され、基側に金属母材に固定されるフランジ部が形成され、該フランジ部より先側には雄ねじ部が形成されているスタッドボルトと、該雄ねじ部にねじ込まれる耐熱性及び耐摩耗性を有する硬質材料からなる締結ナットとを有し、
   前記貫通孔の内面は孔径が表側から裏側に向けて徐々に縮小するテーパ状に形成され、
   前記フランジ部の側面及び前記締結ナットの側面は前記貫通孔の内面の傾斜角度に実質的に一致した傾斜角度をそれぞれ備え、
   前記セラミックピースは前記貫通孔の側面に当接する前記フランジ部により掛止されて前記金属母材の表面に固定され、該フランジ部はその上面に配置される前記締結ナットで覆われていることを特徴とするセラミックピースの取付け構造。
10. 請求項７〜９のいずれか１項に記載のセラミックピースの取付け構造において、前記スタッドボルトは前記金属母材にアークスタッド溶接により固定されることを特徴とするセラミックピースの取付け構造。

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