JP4736097B2

JP4736097B2 - スタッド溶接ピン

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Publication number: JP4736097B2
Application number: JP2007175625A
Authority: JP
Inventors: 哲男原田
Original assignee: 哲男原田
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2027-06-05
Also published as: JP2008302424A

Description

本発明はスタッド溶接ピンを金属母材にスタッド溶接して、該スタッド溶接ピンでセラミックス板や超硬板のような耐磨耗板を前記金属母材などの表面に取付ける構造およびその方法に関する。

セラミックス板や超硬板のような耐磨耗板は金属母材を被覆して、金属母材を磨耗から保護するために使用されている。特にセラミックス板は耐磨耗以外にも耐熱性、耐腐食性、耐溶損性、美観性など使用目的は多岐に渡る。セラミックス板や超硬板のような耐磨耗板を金属母材上に取付ける手段として、スタッド溶接による方法が各種提案されている。

（１）セラミックスピース本体の表面に凹部を形成し、この凹部に裏面側に連通する孔部を穿設するとともに固定部材を収容し、上記孔部にスタッドのピン部を裏面より挿通して、上記固定部材でこのピン部を固定することによって、セラミックスピース本体を上記スタッドのフランジ部と固定部材とで挟持した構造のセラミックスピースの取付け方法が提案されている（特許文献１参照）。

（２）中央部に貫通孔を備えたセラミックス板と該セラミックス板の貫通孔内に装着され、貫通孔内においてセラミックス板に当接されるとともに、被取付け材（金属母材）に対してスタッド溶接可能なスタッド溶接ピンと該スタッド溶接ピンに対して着脱可能でかつ貫通孔と所定の隙間を維持して装着されるセラミックス蓋で構成されているセラミックス板の取付け方法が提案されている（特許文献２参照）。

（３）セラミックス板面の略中央部に大径と小径からなる貫通孔を設け、該貫通孔にスタッド溶接ピンを装着し、金属母材に対して該スタッド溶接ピンをスタッド溶接するセラミックス板の取付け方法において、該スタッド溶接ピンに通電用パイプを設け、該通電用パイプの中に耐磨耗材を挿入し、該通電用パイプをスタッド溶接ガンで把持してスタッド溶接することを特徴とするセラミックス板の取付け方法が提案されている（特許文献３参照）。

（４）スタッド溶接ピンと通電性を有する耐磨耗蓋をあらかじめ一体化した耐磨耗蓋付きスタッド溶接ピンをセラミックス板の貫通孔に挿入し、前記耐磨耗蓋付きスタッド溶接ピンを金属母材にスタッド溶接して、前記セラミックス板を前記金属母材に固定するセラミックス板の取付け方法が提案されている（特許文献４参照）。

（５）耐磨耗ライナーの側面の全部と下面の周辺部に絶縁物を設けた耐磨耗ライナーが提案されている（特許文献５参照）。

特開平６−９１３７６号広報特開平１０−３０５３６７号広報特開２０００−２３３２８１号広報特開２０００−２８８７３６号広報特開平１１−３２０１２４号広報

特許文献１の方法においては、通電性や接合強度を確保するためスタッド溶接ピンの径を太くすると、セラミックス板表面に露出したスタッド溶接ピンはダストカットを受けやすくなり急速に磨耗するので、固定部材がスタッド溶接ピンから脱落してセラミックスピースが剥離していた。

特許文献２の方法においては、（１）スタッド溶接ピンをスタッド溶接した後で、耐磨耗材のセラミックス蓋をスタッド溶接ピンに装着しなければならず作業性が悪かった、（２）スタッド溶接ピンフランジの上にセラミックス蓋が載せられているので、スタッド溶接ピンのフランジ厚みとセラミック蓋の厚み分だけセラミックス板が厚くなり、セラミックス板の重量が増すので、高速回転体などのライニングに使用するのは難しく適用範囲が限定されていた。

特許文献３の方法においては、あらかじめスタッド溶接ピンと耐磨耗材を一体化しているので作業性はよいが、（１）耐磨耗材はスタッド溶接ピンのフランジ面上に載せられているので、スタッド溶接ピンのフランジ厚みと耐磨耗材の厚み分だけセラミックス板が厚くなり、セラミックス板の重量が増すので、高速回転体などのライニングに使用するのは難しく適用範囲が限定されていた、（２）通電用パイプをカシメたりロウ付けしたりして耐磨耗材をスタッド溶接ピンのフランジ面上に固定するが、通電用パイプはスタッド溶接ピンにロウ付けなどで接合されており、接合力が小さく長期にわたり耐磨耗材を保持できなかった。

特許文献４の方法においては、（１）スタッド溶接ピンのフランジ上面に耐磨耗用蓋が露出しているため、外力を受けた際に耐磨耗用蓋のテーパ根本部から折損し、スタッド溶接ピンが露出して磨耗する問題があった、（２）耐磨耗用蓋をスタッド溶接ピンにカシメやネジあるいはピンで固定する方法では保持力が弱く耐磨耗用蓋がスタッド溶接ピンから脱落する場合があった、（３）耐磨耗用蓋はスタッド溶接ピンのフランジ面上に載せられているので、スタッド溶接ピンのフランジ厚みと耐磨耗用蓋の厚み分だけセラミックス板が厚くなり、セラミックス板の重量が増すので、高速回転体などのライニングに使用するのは難しく適用範囲が限定されていた。

（特許文献５）の方法においては、絶縁処理する面積が広いことや、エッジ部分の絶縁処理が難しいなどの問題がある。

本発明は、従来の構成が有していた上記問題を解決しようとするものであり、解決しようとしている課題は、（１）スタッド溶接ピンとスタッド溶接ピンを保護するための耐磨耗材を強固に接合しスタッド溶接ピンからの耐磨耗材の脱落を防止する、（２）スタッド溶接ピンの磨耗を防止して、耐磨耗板を長期に渡り保持できるようにする、（３）スタッド溶接後にスタッド溶接ピンへの耐磨耗材の装着作業を解消する、（４）耐磨耗板を薄くすることにより、ブロワーランナーやポンプインペラーなどの高速回転体へのライニング適用を拡大する、（５）通電性のある耐磨耗板をスタッド溶接ピンで固定する際の絶縁処理を容易にすることである。

第１の解決手段は特許請求項１に示すように、耐磨耗板に縮径の貫通孔を設け、該貫通孔に縮径のスタッド溶接ピンを挿入し、該スタッド溶接ピンを金属母材にスタッド溶接して、前記耐磨耗板を該金属母材に取付ける方法において、前記スタッド溶接ピンに凹部を設け、該凹部の略周縁部までセラミックスもしくは超硬合金からなる耐磨耗材を埋め込んで、該耐磨耗材を前記凹部にロウ付けで接合したスタッド溶接ピンである。

第２の解決手段は特許請求項２に示すように、前記耐磨耗材の上面に金属板を敷いて、該金属板を前記スタッド溶接ピンにロウ付けで接合したスタッド溶接ピンである。

第３の解決手段は特許請求項３に示すように、前記金属板の上面に軸を取り付けているスタッド溶接ピンである。

第４の解決手段は特許請求項４に示すように、前記スタッド溶接ピンの凹部の周縁部に円筒部を設けているスタッド溶接ピンである。

第５の解決手段は特許請求項５に示すように、前記耐磨耗材としてセラミックスを凹部に充填する方法において、該セラミックスにメタライズや金属メッキなどの表面処理を施しているスタッド溶接ピンである。

第６の解決手段は特許請求項６に示すように、前記耐磨耗材に溝を形成したスタッド溶接ピンである。

第７の解決手段は特許請求項７に示すように、前記耐磨耗材に溝を形成しかつ該溝に金属片を挿入したスタッド溶接ピンである。

第８の解決手段は特許請求項８に示すように、前記スタッド溶接ピンの外側面を絶縁材で被覆したスタッド溶接ピンである。

第１の解決手段から第８の解決手段における共通の効果は、スタンド溶接ピンに凹部を設け、該凹部に耐磨耗材が充填され、耐磨耗材の底面や側面がスタッド溶接ピンとロウ付けで接合されているので、（１）スタッド溶接ピンから耐磨耗材が脱落しにくい、（２）スタッド溶接ピンの側面部は耐磨耗板で保護され、上面部は耐磨耗材で保護されているのでスタッド溶接ピンが磨耗しにくくなり、耐磨耗板を長期にわたり強固に保持できることである。以下手段毎の効果を述べる。

第１の解決手段による効果は、（１）スタッド溶接ピンの周縁部が耐磨耗板の表面に露出しているので、周縁部にスタッド溶接ガン（図示せず）を接触させて通電できる、（２）耐磨耗材が超硬合金や導電性セラミックスの場合は導電体なので、耐磨耗材にスタッド溶接ガン（図示せず）を押し付けて通電でき、耐磨耗材に導電体を使用した場合は、耐磨耗板の表面に露出するスタッド溶接ピンの周縁部を薄くするか全く露出しないようにできる、（３）耐磨耗板上に突起物がなく、スタッド溶接後に突起物を除去する作業がないことである。

第２の解決手段による効果は、（１）スタッド溶接ガンを金属板に押付けて通電できるので、スタッド溶接ピンの周縁部は金属板とロウ付けできる程度の厚さがあればよいので薄くでき、耐磨耗板と耐磨耗材の間隙を小さくできるので境界部が選択的にダストカットされることはない、（２）金属板はスタッド溶接ピンの周縁部とロウ付けしてありかつ平面度の精度が高いので、スタッド溶接ガンとの接触が良好となり通電性がよく安定したスタッド溶接ができ溶接強度が向上する、（３）耐磨耗板上に突起物がなく、スタッド溶接後に突起物を除去する作業がないことである。

第３の解決手段による効果は、（１）スタッド溶接ガンで軸を把持し金属板に押付けて通電するので作業性がよく、上向きや横向きのスタッド溶接も容易である、（２）耐磨耗板と耐磨耗材の間隙を小さくできるので境界部が選択的にダストカットされることはない、（３）スタッド溶接後に軸が残留するが、グラインダやカッターで簡単に除去でき、使用上問題なければ放置しておけば自然磨耗して消滅することである。

第４の解決手段による効果は、（１）スタッド溶接ピン上端部に延長した円筒部をスタッド溶接ガンで把持できるので作業性がよく、上向きや横向きのスタッド溶接も容易である、（２）円筒部とスタッド溶接ガンの接触部分の面積が広いので通電性がよく溶接強度向上する、（３）スタッド溶接後に円筒部が残留するが使用上問題なければそのまま放置しておけば摩耗で自然消滅するので、除去作業を省略でき作業効率が高くなることである。

第５の解決手段による効果は、（１）耐磨耗材をセラミックスにした場合はスタッド溶接ピン全体の重量を軽くできる、（２）耐磨耗材を超硬合金にした場合はスタッド溶接ピンの衝撃荷重に対する強度を向上できることである。

第６の解決手段による効果は、セラミックスの表面にメタライズあるいはメッキなどの表面処理を施しているので、活性金属ロウ付けの他、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタン（Ｔｉ）などを含有するロウ付けなどが適用でき、セラミックスとスタッド溶接ピンのロウ付けによる接合強度が向上することである。

第７の解決手段による効果は、耐磨耗材に溝を形成しているので、（１）スタッド溶接ピンと耐磨耗材の熱膨張差による熱応力を緩和できる、（２）耐磨耗材の溝にロウ材が浸入して、アンカー効果が生じるので、スタッド溶接ピンと耐磨耗材を強固に接合できることである。

第８の解決手段による効果は、耐磨耗材に溝を形成しかつ該溝に金属片を挿入しているので、（１）ロウ材が溝に浸入しやすくなり、（２）金属片がロウ材と一体化してアンカー効果が向上し、スタッド溶接ピンと耐磨耗材が強固に接合できることである。

第９の解決手段による効果は、スタッド溶接ピンの外側面を絶縁材で被覆しているので、耐磨耗板が超硬合金や導電性セラミックスのような導電性材料の場合でも、スタッド溶接ピンをスタッド溶接できることである。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。

第１の解決手段を図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図３に示すように、耐磨耗板１０に縮径の貫通孔１１を設け、該貫通孔１１に縮径のスタッド溶接ピン２０を挿入し、該スタッド溶接ピン２０を金属母材６０にスタッド溶接して、前記耐磨耗板１０を該金属母材６０に取付ける方法において、前記スタッド溶接ピン２０に凹部２１を設け、該凹部２１の略周縁部２２までセラミックスもしくは超硬合金からなる耐磨耗材３０を埋め込んで、該耐磨耗材３０を前記凹部２１にロウ付け５０で接合したスタッド溶接ピン２０である。スタッド溶接ピンには溶接性を向上させるために突起２４を設けたほうが望ましい。スタッド溶接ピン２０を金属母材６０にスタッド溶接する際は、スタッド溶接ピン２０の周縁部２２にスタッド溶接ガン（図示せず）を押付けて通電することができる。耐摩耗材３０が導電性セラミックスや超硬合金のような導電性材質の場合は、耐摩耗材３０にスタッド溶接ガン（図示せず）を押付けて通電できる。耐磨耗板１０の貫通孔１１は縮径形状であり、テーパ形状や段付き形状などがある。スタッド溶接ピン２０の外側面２３は耐磨耗板１０の縮径の貫通孔１１に重ね合う縮径の形状であり、図２（Ａ）は外側面２３がテーパ形状の例、図２（Ｂ）は外側面２３が段付き形状の例を示している。耐磨耗板１０の貫通孔１１とスタッド溶接ピン２０の外側面２３を縮径形状にすることにより、スタッド溶接ピン２０で耐磨耗板１０を押圧して固定できるようにしている。

耐磨耗板１０はセラミックス板、超硬合金板、ゴム板、金属板、樹脂板、ガラス板などが使用できる。セラミックス板にはアルミナ、窒化珪素、ジルコニア、炭化珪素などのセラミックスが使用できる。超硬合金板にはタングステンカーバイトおよびタングステンカーバイト系合金（ＷＣ−Ｃｏ、ＷＣ−Ｔｉ−Ｃｏ）などが使用できる。耐磨耗板としてのセラミックス板の厚みは０．５ｍｍ〜１００．０ｍｍがよい。望ましくは１．０ｍｍ〜５０．０ｍｍである。０．５ｍｍより薄いと割れやすくなる。１００．０ｍｍより厚いとセラミックス板の重量が増し機械構造が大きくなり実機への応用が困難となる。耐磨耗板１０としての超硬板の厚みは０．１ｍｍ〜２０．０ｍｍがよい。望ましくは０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍである。０．１ｍｍより薄いと割れやすく、２０．０ｍｍ以上であると機械構造が大きくなり実機への応用が困難となる。

スタッド溶接ピン２０は先端部に通電用の突起２４を有し、耐磨耗材３０を収納可能な凹部２１を有する構造であればよく、プレス加工や機械加工あるいはこれらを併用して製作することができる。スタッド溶接ピン２０の材質は通電可能な金属類であれば適用可能であり、構造用炭素鋼やステンレス材やチタン材などが適している。スタッド溶接ピン２０の厚みは、０．１ｍｍ〜１０．０ｍｍがよい。０．１ｍｍより薄いと耐磨耗材３０や耐磨耗板１０を保持する強度が不足する。一方、１０．０ｍｍより厚くしても強度的に過剰となる。スタッド溶接ピン２０の周縁部２２の露出面積が少ないほど、スタッド溶接ピン２０の磨耗が低減する効果があるので、スタッド溶接ピン２０の底部周辺は厚くして、耐磨耗板１０の上面１２に露出する周縁部２２は強度や通電性の面から許容できる限り薄くするのがよい。耐磨耗材３０が超硬合金や導電性セラミックスの場合は、耐磨耗材３０にスタッド溶接ガン（図示せず）を押し付けて通電できるので、スタッド溶接ピン２０の周縁部２２は耐摩耗板１０から露出させなくてもよい。

耐磨耗材３０はセラミックスもしくは超硬合金とする。セラミックスからなる耐摩耗材３０としては、アルミナ、窒化珪素、ジルコニア、炭化珪素などやこれらのセラミックスに導電性微粉末や導電性繊維を混入して焼成した導電性セラミックスなどを使用できる。超硬合金からなる耐摩耗材３０としては、タングステンカーバイトおよびタングステンカーバイト系の合金（ＷＣ−Ｃｏ、ＷＣ−Ｔｉ−Ｃｏ）などが使用できる。耐磨耗材３０としてのセラミックスと超硬合金の使い分けは磨耗形態や温度などの環境条件やロウ付け５０の温度条件により選択できる。耐磨耗材３０はスタッド溶接ピン２０の凹部２１に略合わせた形状とし、凹部２１と耐磨耗材３０の隙間が適正に確保できるようにする。ロウ付け隙間は０．０１〜０．３０ｍｍがよい。望ましくは０．０５〜０．２０ｍｍである。耐磨耗材３０に超硬合金を使用する場合は、スタッド溶接ピン２０とのロウ付け５０による接合は、活性金属ロウ付けの他ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタン（Ｔｉ）などを含有するロウ材によるロウ付けを適用できるが、スタッド溶接ピン２０と接合できれば特に制限は無く、公知の方法を適用することができる。耐磨耗材３０にセラミックスを使用する場合は、スタッド溶接ピン２０とのロウ付け５０による接合は活性金属ロウなどが採用できる。活性金属ロウ付け法は、スタッド溶接ピン２０と耐磨耗材３０としてのセラミックスとの間に、板状あるいはペースト状の活性金属ロウ材を載置あるいは塗付し、真空炉やアルゴン雰囲気の炉で８５０℃以上に加熱して接合する方法である。活性金属ロウ付けとしては例えばＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ−Ｉｎなどを組み合わせた成分系があるが特に制限は無く公知の活性金属用のロウ材を採用できる。

第２の解決手段は図４に示すように、前記耐磨耗材３０の上面３１に金属板４０を敷いて、該金属板４０を前記スタッド溶接ピン２０にロウ付けで接合したスタッド溶接ピン２０である。スタッド溶接ピン２０を金属母材６０にスタッド溶接する際は、金属板４０にスタッド溶接ガン（図示せず）を押付けて通電することができる。金属板４０の材質としては、通電性の良い銅あるいは銅合金、鉄、チタン、ステンレスなどが適している。金属板４０はスタッド溶接ピン２０の周縁部２２とロウ付け５０で接合することにより、通電性がよくなり溶接強度が向上する。また、耐磨耗材３０が超硬合金のようにロウ付け可能な材質であれば、耐磨耗材３０と金属板４０もロウ付けされるのでさらに通電性が向上する。金属板４０をスタッド溶接ピンとロウ付けすることにより、耐磨耗材３０に通電性がなくても、金属板４０を通して通電できるので周縁部２２の肉厚を薄くできる。金属板４０を耐磨耗材３０の上面３１に載置する際に位置決めしやすいように、スタッド溶接ピン２０の周縁部２２は、金属板４０の厚みと同程度に耐磨耗材３０の上面３１よりも突き出るようにするとよい。周縁部２２は耐磨耗性が低いので耐磨耗板１０の上面１２にできるだけ露出しないほうがよいので肉厚は薄いほうがよい。耐磨耗材３０の上面３１からスタッド溶接ピン２０の周縁部２２が突き出た場合はグラインダなどで除去できるが、ダストカットで自然磨耗して消滅するので使用上問題なければ放置しておいてもよい。金属板４０はスタッド溶接後にそのまま残留しても問題は無いので除去する必要は無い。また、ダストカットを受けるような環境で使用する場合、金属板４０は自然摩耗して消滅する。金属板４０の厚みは０．０１ｍｍ〜３．０ｍｍが良い。望ましくは、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである。０．０１ｍｍより薄いと通電性が悪くスタッド溶接不良となる。３．０ｍｍより厚いとスタッド溶接ピン２０の重量が増すので、回転体などに適用する場合は起動トルクが大きくなる問題がある。また、金属板４０は磨耗により自然消滅するが、厚いほど残存期間が長くなりその間の回転体の効率が低下するので通電性能が確保できる範囲で薄くするのがよい。

第３の解決手段は図５及び図６及び図７に示すように、前記金属板４０の上面４２に軸４１を取り付けているスタッド溶接ピン２０である。スタッド溶接ピン２０を金属母材６０にスタッド溶接する際は、軸４１をスタッド溶接ガン（図示せず）で把持して通電する。図５は耐磨耗板１０の貫通孔１１やスタッド溶接ピン２０の外側面２３がテーパ形状の例であり、耐磨耗板１０を金属母材６０に載置して、スタッド溶接ピン２０を貫通孔１１に挿入し、通電する前の状態を示している。図６と図７はスタッド溶接ピン２０を通電した後の状態を示している。図６は耐磨耗板１０の貫通孔１１やスタッド溶接ピン２０の外側面２３がテーパ形状の例を示している。図７は耐磨耗板１０の貫通孔１１やスタッド溶接ピン２０の外側面２３が段付き形状の例を示している。軸４１の材質としては、通電性の良い銅あるいは銅合金、鉄、チタン、ステンレスなどが適している。軸４１はスタッド溶接後にグラインダなどで容易に除去することができる。軸４１をそのまま金属母材６０に残した場合でも、ダストカットを受けるような環境においては自然摩耗して消滅する。軸４１の直径は、１．０ｍｍ〜２０．０ｍｍがよい。望ましくは、２．０ｍｍ〜５．０ｍｍである。１．０ｍｍより細いと通電性が悪くスタッド溶接不良となる。２０．０ｍｍより太いとスタッド溶接後の除去が困難となり、軸４１を除去せずに放置した場合は、スタッド溶接ピン２０の重量が増すので、回転体などに適用する場合は起動トルクが大きくなる問題がある。また、磨耗により自然消滅する期間が長くなりその間の効率が低下する。軸４１の長さはスタッド溶接ガン（図示せず）で把持可能であれが短いほどよい。望ましくは１５．０ｍｍ以下である。軸４１は金属板４０とプレス加工や機械加工などで一体的に設けても良いし、軸４１を金属板４０にロウ付けや溶接で取り付けてもよい。

第４の解決手段は図８に示すように、前記スタッド溶接ピン２０の凹部２１の周縁部２２に円筒部２５を設けているスタッド溶接ピン２０である。スタッド溶接ピン２０を金属母材６０にスタッド溶接する際は、円筒部２５をスタッド溶接ガン（図示せず）で把持して通電する。円筒部２５の材質としては、通電性の良い銅あるいは銅合金、鉄、チタン、ステンレスなどが適している。円筒部２５はスタッド溶接後にそのまま残留させてもよいし除去してもよい。ダストカットを受けるような環境で使用する場合、円筒部２５は自然摩耗して消滅する。円筒部２５の厚みは０．０１ｍｍ〜３．０ｍｍが良い。望ましくは、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍである。０．０１ｍｍより薄いと通電性が悪くスタッド溶接不良となる。３．０ｍｍより厚いとスタッド溶接後の除去が困難となる。円筒部２５を除去せずに放置した場合は、スタッド溶接ピン２０の重量が増すので、回転体などに適用する場合は起動トルクが大きくなる問題がある。また、磨耗により自然消滅する期間が長くなりその間の効率が低下する。円筒部２５の長さはスタッド溶接ガン（図示せず）で把持可能であれが短いほどよい。望ましくは１５．０ｍｍ以下である。円筒部２５はプレス加工や機械加工などでスタッド溶接ピン２０と一体的に設けても良いし、スタッド溶接ピン２０の周縁部２２にロウ付けや溶接で接合して設けても良い。

第５の解決手段は、前記耐磨耗材３０としてセラミックスを凹部２１に充填する方法において、該セラミックスにメタライズや金属メッキなどの表面処理を施しているスタッド溶接ピン２０である。メタライズや金属メッキを組み合わせて適用してもよい。例えば、セラミックスにメタライズした後、金属メッキしてもよい。セラミックスの表面にメタライズや金属メッキを施すことにより、セラミックスとロウ材の濡れ性がよくなりロウ付け５０の接合強度が向上するとともに、セラミックスとスタッド溶接ピン２０の接合に各種のロウ付け方法が適用できるようになる。セラミックスにメタライズする方法としては、例えば高融点金属法（Ｍｏ−Ｍｎ法）のように、Ｍｏ−Ｍｎなどの高融点金属粉末を主成分とするメタライズペーストをセラミックスに塗布し、加湿した還元性ガス中で焼成してメタライズ層を形成する方法がある。また、真空蒸着法あるいはスパッタリング法などが挙げられるが、セラミックスにメタライズできれば特に制限は無く、公知の形成方法を採用できる。セラミックスに直接的にメッキする方法としては、無電解ＮｉメッキやＮｉ−Ｂメッキあるいは無電解Ｃｕメッキなどがある。例えば無電解Ｎｉメッキは樹脂やセラミックスなどの不活性な材料の表面に活性金属を吸着させて活性化し、その活性化金属に対してメッキする方法である。セラミックスに直接的に金属メッキができれば特に制限は無く、公知の形成方法を採用することができる。セラミックスに間接的にメッキする方法としては、高融点金属法（Ｍｏ−Ｍｎ法）などでメタライズした後に、ＮｉやＣｕあるいはＣｒなどの電気メッキを施す方法がある。セラミックスのメタライズ面に金属メッキができれば特に制限は無く、公知の形成方法を採用できる。セラミックスにメタライズや金属メッキを施した後のロウ付け方法としては、活性金属ロウ付けの他、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタン（Ｔｉ）などを含有するロウ材を用いたロウ付け方法を適用できるが、スタッド溶接ピン２０と接合できれば特に制限は無く公知の方法が採用できる。

第６の解決手段は図９、図１０に示すように、前記耐磨耗材３０に溝３２を形成したスタッド溶接ピンである。溝３２は斜め溝、横溝、縦溝などがある。溝３２の数は少なくとも１本以上あればよい。またこれらの溝３２を組み合わせて形成してもよい。溝３２は耐磨耗材３０の側面や底面に設けることができる。溝３２の幅及び深さは０．０５ｍｍ〜５．５０ｍｍがよい。望ましくは０．２ｍｍ〜２．０ｍｍである。０．０５ｍｍより小さいと加工が困難であり、５．５０ｍｍより大きいと耐磨耗材３０の強度が低下し割損の原因となる。また、溝３２の周囲がダストカットを受けるとスタッド溶接ピン２０が磨耗するので、耐磨耗材３０がスタッド溶接ピン２０から脱落する。耐磨耗材３０として超硬合金や表面にメタライズや金属メッキを施したセラミックスを使用した場合は、耐磨耗材３０とスタッド溶接ピン２０をロウ付け５０で接合する際に、ロウ材が溝３２に浸入しやすくなり、溝３２の中のロウ材にアンカー効果が生じるので耐磨耗材３０がスタッド溶接ピン２０の凹部２１から脱落しにくくなる。また、耐磨耗材３０の溝３２はスタッド溶接ピン２０と耐磨耗材３０の接合部に生じるロウ付けの残留応力を緩和する効果がある。

第７の解決手段は図９、図１０に示すように、前記耐磨耗材３０に溝３２を形成しかつ該溝３２に金属片７０を挿入したスタッド溶接ピン２０である。金属片７０の形状は線状や板状などが使用できる。金属片７０の厚みや直径は０．０１ｍｍ〜５．０ｍｍがよい。望ましくは、０．１ｍｍ〜１．５ｍｍである。０．０１ｍｍより細いと強度不足である。５．０ｍｍより太いと耐磨耗材３０に形成する溝３２の幅や深さが大きくなり、耐磨耗材３０の強度が低下し割損する原因となる。スタッド溶接ピン２０の溝３２に金属片７０を挿入して、スタッド溶接ピン２０と耐磨耗材３０をロウ付けすることにより、毛細管現象で溝３２にロウ材が浸入しやすくなる。また、金属片７０がスタッド溶接ピン２０と耐磨耗材３０を結びつけるアンカーの役割をするので、スタッド溶接ピン２０と耐磨耗材３０を強固に接合することができる。

第８の解決手段は図１に示すように、前記スタッド溶接ピン２０の外側面２３を絶縁材８０で被覆したスタッド溶接ピン２０である。絶縁材８０は樹脂、塗料、エナメルなどを塗布したり、樹脂などのテープを張り付けたりする方法があるが、絶縁性があり被覆できる材料であれば特に制限はない。スタッド溶接ピンの外側面２３を絶縁材８０で被覆することにより、耐磨耗板１０が導電性材料であっても耐摩耗板１０に漏電することがないのでスタッド溶接が可能になる。すなわち、耐磨耗板１０として導電性のセラミックス板、超硬合金板、金属板などの導電性材料を金属母材６０に固定することができる。耐磨耗板１０に絶縁材を被覆する方法もあるが、スタッド溶接ピン２０の外側面２３は耐摩耗板１０の側面や底面に比し面積が狭いので、絶縁処理部分を小さくできる利点がある。

第３の解決手段の実施例を示す。アルミナセラミックスの耐磨耗板１０（厚み３ｍｍ×縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ）の略中央に上面Φ１４ｍｍ、下面Φ１０ｍｍのテーパ状の貫通孔１１を設けた。スタッド溶接ピン２０はステンレス材を機械加工して、突起２４周辺の厚み１ｍｍ、周縁部２２の厚みを０．５ｍｍ、上面外径Φ１３．９ｍｍ、下面外径Φ９．９ｍｍ、高さ３．７ｍｍ（突起２４長さ含まず）とした。金属板４０は厚さ０．２ｍｍ、直径がΦ１２．８ｍｍの銅製として、直径Φ３ｍｍ、長さ１０ｍｍの軸４１を機械加工して一体的に取り付けた。耐磨耗材３０はアルミナセラミックスとして、上面３１径Φ１２．７ｍｍ、下面３３径Φ７．７ｍｍ、厚み２．５ｍｍのブロックを作成した。アルミナブロックの耐磨耗材３０にペースト状の活性金属ロウを塗布して、スタッド溶接ピン２０に挿入するとともに耐磨耗材３０の上面３１に金属板４０を載置した。スタッド溶接ピン２０を真空炉で８６０℃に加熱して接合した。本スタッド溶接ピン２０を金属母材６０にスタッド溶接してアルミナセラミックスの耐磨耗板１０を取り付けることができた。

第３と第９の解決手段の実施例を示す。タングステンカーバイトの耐磨耗板１０（厚み３ｍｍ×縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ）の略中央に上面Φ１４ｍｍ、下面Φ１０ｍｍのテーパ状の貫通孔１１を設けた。スタッド溶接ピン２０はステンレス材を機械加工して、突起２４周辺の厚み１ｍｍ、周縁部２２の厚みを０．５ｍｍ、上面外径Φ１３．９ｍｍ、下面外径Φ９．９ｍｍ、高さ３．７ｍｍ（突起２４長さ含まず）とした。耐磨耗材３０はタングステンカーバイトとして、上面３１径Φ１２．７ｍｍ、下面径３３Φ７．７ｍｍ、厚み２．５ｍｍのブロックを作成した。金属板４０は厚さ０．２ｍｍ、直径がΦ１２．８ｍｍの銅製として、直径Φ３ｍｍ、長さ１０ｍｍの軸４１を機械加工して一体的に取り付けた。タングステンカーバイトの耐磨耗材３０にペースト状の銀ロウを塗布して、スタッド溶接ピン２０に挿入するとともに耐磨耗材３０の上面３１に金属板４０を載置した。スタッド溶接ピン２０を真空炉中８４０℃で２０分加熱して接合した。上記工程で、耐磨耗材３０と軸４１付き金属板４０を一体にロウ付けしたスタッド溶接ピン２０を製作したのち、スタッド溶接ピン２０の外側面２３に絶縁材８０として、エポキシ樹脂塗料を塗布し乾燥させた。本スタッド溶接ピン２０を金属母材６０にスタッド溶接してタングステンカーバイトの耐磨耗板１０を取り付けることができた。

第３と第５の解決手段の実施例を示す。アルミナセラミックスの耐磨耗板１０（厚み３ｍｍ×縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ）の略中央に上面Φ１４ｍｍ、下面Φ１０ｍｍのテーパ状の貫通孔１１を設けた。スタッド溶接ピン２０はステンレス材を機械加工して、突起２４周辺の厚み１ｍｍ、周縁部２２の厚みを０．５ｍｍ、上面外径Φ１３．９ｍｍ、下面外径Φ９．９ｍｍ、高さ３．７ｍｍ（突起２４長さ含まず）とした。耐磨耗材３０はアルミナセラミックスとして、上面３１径Φ１２．７ｍｍ、下面３３径Φ７．７ｍｍ、厚み２．５ｍｍのブロックを作成した。アルミナセラミックスの耐磨耗材３０にＭｏ−Ｍｎの高融点金属粉末を主成分とするメタライズペーストを塗布し、加湿した還元性ガス中で焼成してメタライズした後、無電解Ｎｉ−Ｂメッキを施した。金属板４０は厚さ０．２ｍｍ、直径がΦ１２．８ｍｍの銅製として、直径Φ３ｍｍ、長さ１０ｍｍの軸４１を機械加工して一体的に取り付けた。前記の耐磨耗材３０にペースト状の銀ロウを塗布して、スタッド溶接ピン２０の凹部２１に挿入するとともに耐磨耗材３０の上面３１に軸４１付き金属板４０を載置した。スタッド溶接ピン２０を真空炉中８４０℃で２０分加熱して接合した。本スタッド溶接ピン２０を金属母材６０にスタッド溶接してアルミナセラミックスの耐磨耗板１０を取り付けることができた。

第３、第５、第６、第７の解決手段の実施例を示す。アルミナセラミックスの耐磨耗板１０（厚み３ｍｍ×縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ）の略中央に上面Φ１４ｍｍ、下面Φ１０ｍｍのテーパ状の貫通孔１１を設けた。スタッド溶接ピン２０はステンレス材を機械加工して、突起２４周辺の厚み１ｍｍ、周縁部２２の厚みを０．５ｍｍ、上面外径Φ１３．９ｍｍ、下面外径Φ９．９ｍｍ、高さ３．７ｍｍ（突起２４長さ含まず）とした。金属板４０は厚さ０．２ｍｍ、直径がΦ１２．８ｍｍの銅製として、直径Φ３ｍｍ、長さ１０ｍｍの軸４１を機械加工して一体的に取り付けた。耐磨耗材３０はアルミナセラミックスとして、上面３１径Φ１２．７ｍｍ、下面３３径Φ７．７ｍｍ、厚み２．５ｍｍのブロックを作成した。耐磨耗材３０の側面に幅１．０ｍｍ、深さ１．０ｍｍの半楕円形の斜め溝３２を９０度等間隔に４本設けた。更に、耐磨耗材３０に無電解Ｎｉ−Ｂメッキを施した。耐磨耗材３０にペースト状の銀ロウを塗布して、スタッド溶接ピン２０に挿入し、耐磨耗材３０の溝３２に直径０．８ｍｍ、長さ２．５ｍｍのステンレス製金属片７０を挿入した。耐磨耗材３０の上面に金属板４０を載置した。以上の工程からなるスタッド溶接ピン２０を真空炉中８４０℃で２０分加熱して接合した。本スタッド溶接ピン２０を金属母材６０にスタッド溶接してアルミナセラミックスの耐磨耗板１０を取り付けることができた。

は第８の手段を付加したスタッド溶接ピンの横断面図である。はスタッド溶接ピンの横断面図である。は第１の手段のスタッド溶接前の横断面図である。は第２の手段のスタッド溶接前の横断面図である。は第３の手段のスタッド溶接前の横断面図である。は第３の手段のスタッド溶接後の横断面図である。は第３の手段の段付き貫通孔のスタッド溶接後の横断面図であるは第４の手段の、スタッド溶接前の横断面図である。は第６、第７の手段の、平面図である。は第６、第７の手段の、スタッド溶接ピンの部分断面斜視図である。

符号の説明

１０：耐磨耗板、１１：貫通孔、１２：上面、２０：スタッド溶接ピン、２１：凹部、２２：周縁部、２３：外側面、２４：突起、２５：円筒部、３０：耐磨耗材、３１：上面、３２：溝、４０：金属板、４１：軸、４２：上面、５０：ロウ付け、６０：金属母材、７０：金属片、８０：絶縁材

Claims

耐磨耗板に縮径の貫通孔を設け、該貫通孔に金属母材側に縮径のスタッド溶接ピンを挿入し、該スタッド溶接ピンを金属母材にスタッド溶接して、前記耐磨耗板を該金属母材に取付ける方法において、前記スタッド溶接ピンに凹部を設け、該凹部の略周縁部までセラミックスもしくは超硬合金からなる耐磨耗材を埋め込んで、該耐磨耗材を前記凹部にロウ付けで接合したことを特徴とするスタッド溶接ピン。
前記耐磨耗材の上面に金属板を敷いて、該金属板を前記スタッド溶接ピンにロウ付けで接合したことを特徴とする請求項１記載のスタッド溶接ピン。
前記金属板の上面に、軸を取り付けていることを特徴とする請求項２記載のスタッド溶接ピン。
前記スタッド溶接ピンの前記凹部の周縁部に円筒部を設けていることを特徴とする請求項１記載のスタッド溶接ピン。
前記耐磨耗材としてセラミックスを前記凹部に充填する方法において、該セラミックスにメタライズや金属メッキなどの表面処理を施していることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４記載のスタッド溶接ピン。
前記耐磨耗材に溝を形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５記載のスタッド溶接ピン。
前記耐磨耗材に溝を形成しかつ該溝に金属片を挿入したことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５又は請求項６記載のスタッド溶接ピン。
前記スタッド溶接ピンの外側面を絶縁材で被覆したことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５又は請求項６又は請求項７記載のスタッド溶接ピン。