JP3141335U - セラミックライナー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミックピースを締め付け固定することが可能で、しかも、締め付けても比較的セラミックピースに無理な荷重がかからないセラミックライナー装置を提供する。
【解決手段】平面視して角形のセラミックピース１２の貫通孔１１に装着され、金属母材１３にスタッド溶接によって固定される金属製のスタッドボルト１３と、スタッドボルト１３に螺合する金属製のナット部材１５とを有するセラミックライナー装置１０において、貫通孔１１の下部には下方に縮径する円錐台状傾斜面１２ａを上側に備えた内フランジ部１６が形成され、ナット部材１５の外側部には円錐台状傾斜面１２ａに一致する外テーパー面１９を備え、更に、ナット部材１５の上部にはスタッドボルト１４に螺合し、貫通孔１１に上部から被さるセラミック製の蓋部材２３が設けられている。
【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ライナー装置に関する。

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（例えば、特許文献１参照）。

そして、この特許文献１の詳細を図３（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明すると、裏側より表側の方が大きく平面視して円形の貫通孔６０が設けられた平面視して四角形のセラミックピース６１と、セラミックピース６１の貫通孔６０に装着され、基部が金属母材６２にスタッド溶接される金属製のスタッドボルト６３と、スタッドボルト６３に螺合し、貫通孔６０の段付き部６４を押圧するナット部材６５と、ナット部材６５の上に被さるセラミック製の袋ナット部材６６とを有している。なお、セラミックピース６１とナット部材６５及び袋ナット部材６６との間には接着材６７も使用されている。

実用新案登録第３１２５０４０号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術では、ナット部材６５は金属製であって、直接セラミックピース６１の段付き部（即ち、内側フランジ部）６４を押圧し、しかも段付き部６４は厚みが均一で付け根の部分の補強はなく、締め付け応力に耐える十分な厚みを有していないので、ナット部材６５を強く締めると、段付き部６４が破損したり、ひびが入るという問題があった。
一方、特許文献１においては、スタッドボルトに円錐台状の傾斜面を備えたフランジ部を設けると共に、セラミックピースの段付き部に円錐台状の傾斜面を設けたものも開示されているが、フランジ部はスタッドボルトに固定であるので、締め付け力が全く働かないという問題があった。

本考案はかかる事情に鑑みてなされたもので、セラミックピースを締め付け固定することが可能で、しかも、締め付けても比較的セラミックピースに無理な荷重がかからないセラミックライナー装置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ライナー装置は、平面視して角形であって、貫通孔が中央に形成された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、取付け対象物である金属母材にスタッド溶接によってその下端部が固定される金属製のスタッドボルトと、該スタッドボルトに螺合する金属製のナット部材とを有するセラミックライナー装置において、
前記貫通孔の下部には下方に縮径する円錐台状傾斜面を上側に備えた内フランジ部が形成され、前記ナット部材の外側部には前記円錐台状傾斜面に一致する外テーパー面を備え、更に、前記ナット部材の上部には前記スタッドボルトに螺合し、前記貫通孔に上部から被さるセラミック製の蓋部材が設けられている。
ここで、角形とは、四角形（正方形、長方形、平行四辺形）、三角形、六角形など、平面上に同一形状のセラミックピースを隙間なく又は僅少の隙間を有して並べられる形状をいう。

第２の考案に係るセラミックライナー装置は、第１の考案に係るセラミックライナー装置において、前記蓋部材は袋ナット状となって、前記スタッドボルトの上部に螺合取付け可能となって、上面に掛止窪みを有している。

第３の考案に係るセラミックライナー装置は、第１、第２の考案に係るセラミックライナー装置において、前記円錐台状傾斜面は、前記内フランジ部の下端にまで位置している。

第４の考案に係るセラミックライナー装置は、第１、第２の考案に係るセラミックライナー装置において、前記内フランジ部の下部には円筒部を有し、前記円錐台状傾斜面は前記円筒部の上端にまで位置している。

そして、第５の考案に係るセラミックライナー装置は、第１〜第４の考案に係るセラミックライナー装置において、前記円錐台状傾斜面の傾斜角は、水平に対して１５〜７５度の範囲にある。

請求項１〜５記載のセラミックライナー装置は、貫通孔の下部には下方に縮径する円錐台状傾斜面を上側に備えた内フランジ部が形成され、ナット部材の外側部には円錐台状傾斜面に一致する外テーパー面を備え、更に、ナット部材の上部にはスタッドボルトに螺合し、貫通孔に上部から被さるセラミック製の蓋部材が設けられているので、ナット部材の締め付けによって、セラミックピースの内フランジ部は下方に押圧されるが、内フランジ部は半径方向外側に向って肉厚となっているので、締め付け力に耐える十分な強度を有することになる。
また、ナット部材の荷重の一部は、内フランジ部の半径方向外側にも分布するので、自動調心されてセラミックピースの前後左右方向の位置決めが確実となり、更に、その締結力も緩和される。

また、請求項２記載のセラミックライナー装置は、蓋部材は袋ナット状となって、スタッドボルトの上部に螺合取付け可能となって、上面に掛止窪みを有しているので、金属母材に取り付けるセラミックライナー装置の全表面をセラミックとすることができる。

請求項３記載のセラミックライナー装置は、円錐台状傾斜面は、内フランジ部の下端にまで位置しているので傾斜面の長さを長くとれ、また、その水平面に対する傾斜角を大きくすることができる。

請求項４記載のセラミックライナー装置においては、内フランジ部の下部には円筒部を有し、円錐台状傾斜面は円筒部の上端にまで位置しているので、内フランジ部の厚みを厚くでき、更に、内フランジ部の内側の厚みもある程度確保できて、内フランジ部の内側欠け等を防止できる。

そして、請求項５記載のセラミックライナー装置においては、円錐台状傾斜面の傾斜角は、水平に対して１５〜７５度の範囲にあるので、傾斜面の角度が１５度に近い場合には、フランジ部としての機能を保つことができ、７５度に近い場合には、楔としての作用効果を発揮し、内フランジ部の基側の折れ又は曲がり応力を軽減してより強固に内フランジ部を金属母材に固定できる。

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ライナー装置の側断面図及び平面図、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ライナー装置の側断面図及び平面図である。

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ライナー装置１０は、平面視して角形であって、貫通孔１１が中央に形成されたセラミックピース１２と、セラミックピース１２の貫通孔１１に装着され、取付け対象物である炭素鋼又はステンレス鋼で形成された金属母材１３にスタッド溶接によってその下端部が固定される金属製のスタッドボルト１４と、スタッドボルト１４に螺合する金属製のナット部材１５とを有している。以下、これらについて詳しく説明する。

セラミックピース１２は、例えば、平面視して一辺の寸法が１５〜１５０ｍｍの正方形又は長方形で、厚みが３〜３０ｍｍ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、貫通孔１１の下部には、下方に縮径する円錐台状傾斜面１２ａを上部（即ち、上面）に備えている内フランジ部１６を有している。円錐台状傾斜面１２ａは内フランジ部１６の下端にまで位置しており、内フランジ部１６の傾斜角αは、水平面に対して１５〜７５度の角度範囲であるが、この実施の形態では、５０〜７５度の範囲とするのが好ましい。これによって、内フランジ部１６の周囲、即ち、付け根の部分の厚みを大きくでき、付け根の部分（半径方向外側）の水平方向の強度を高めることができる。

貫通孔１１の上側の内径ｄ１は、セラミックピース１２の外側寸法の０．１５〜０．７倍程度が好ましい。また、貫通孔１１の下端の内径ｄ２は、内径ｄ１の０．１５〜０．９（より好ましくは、０．３〜０．９）の範囲にあるのが好ましい。

セラミックピース１２の中央に配置されるスタッドボルト１４は、全ねじ（外側雄ねじ）となって例えば、外径が３〜１０ｍｍ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る。溶接前のスタッドボルト１４の先端には突起１７を備えているが、溶接後は、突起１７は消滅し、スタッドボルト１４の下端面１８が金属母材１３に固着される。スタッドボルト１４の高さはセラミックピース１２の高さの例えば、０．５〜０．８倍程度である。なお、スタッドボルト１４の下端面１８を拡径してフランジとすることもできる。

ナット部材１５は、普通鋼又はステンレス鋼からなって、下側面（外側部）に円錐台状傾斜面１２ａに完全に一致する外テーパー面１９を有している。そして、中央には、スタッドボルト１４の外側雄ねじと螺合する雌ねじ２０を備えている。ナット部材１５の高さは、円錐台状傾斜面１２ａの０．８〜１．２倍とするのが好ましい。ナット部材１５の上部が円錐台状傾斜面１２ａから突出する場合は、その部分は円柱状となって、その外径は、貫通孔１２の径ｄ１の例えば、０．９１〜０．９９程度となっている。また、このナット部材１５の上面には、このナット部材１５を工具で締め付けるための２又はそれ以上の掛止窪みの一例である小穴２２が設けられている。

ナット部材１５の上部には、セラミックピース１２と材質を同じくした又は別種のセラミックからなる袋ナット部材２３（蓋部材の一例）が被さっている。この袋ナット部材２３の直径は貫通孔１１の径ｄ１の例えば、０．９１〜０．９９倍程度、高さはセラミックピース１２の高さの例えば０．２〜０．５倍程度となって、下側中央にスタッドボルト１４に螺合する雌ねじ２４が形成されている。そして、この袋ナット部材２３を図１の状態で、スタッドボルト１４に螺合させた場合、雌ねじ２４の上端に空間部２６が形成できて、袋ナット部材２３を十分にスタッドボルト１４に螺合させることができるようになっている。

また、この袋ナット部材２３の上面には、この袋ナット部材２３を工具で締め付けるための２又はそれ以上の掛止窪みの一例である小穴２７が設けられている。この実施の形態では、袋ナット部材２３の上面が完全にセラミックで覆われているが、スタッドボルト１４を長くし、スタッドボルト１４に螺合する雌ねじを上下貫通させることもできる。

このセラミックライナー装置１０の施工にあっては、金属母材１３の所定の位置にスタッドボルト１４を垂直に溶接し、セラミックピース１２の貫通孔１１をスタッドボルト１４に入れて、ナット部材１５をスタッドボルト１４に螺合させる。これによって、セラミックピース１２の位置決めが行われると共に、金属母材１３に確実に固定される。そして、このナット部材１５の上に、スタッドボルト１４にセラミック製の袋ナット部材２３を螺合させる。なお、ナット部材１５及び袋ナット部材２３の緩め防止のために、雄ねじと雌ねじの間に接着剤を入れることもできる。

続いて、図２に示す本考案の第２の実施の形態に係るセラミックライナー装置３０について説明する。
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ライナー装置３０は、平面視して角形であって、貫通孔３１が中央に形成されたセラミックピース３２と、セラミックピース３２の貫通孔３１に装着され、取付け対象物である炭素鋼又はステンレス鋼で形成された金属母材１３にスタッド溶接によってその下端部が固定される金属製のスタッドボルト３４と、スタッドボルト３４に螺合する金属製のナット部材３５と、その上のセラミック製の蓋部材の一例であるセラミックナット材３６とを有している。以下、これらについて詳しく説明する。

セラミックピース３２は、例えば、平面視して一辺の寸法が１５〜１５０ｍｍの正方形又は長方形で、厚みが３〜３０ｍｍ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、貫通孔３１の下側には、下方に縮径する円錐台状傾斜面３７を上部（即ち、上面）に備え、その下には円筒部３８が形成された内フランジ部３９を有している。内フランジ部３９の上面の傾斜角βは、水平面に対して１５〜７５度の角度範囲であるが、この実施の形態では、２０〜４５度の範囲とするのが好ましい。これによって、内フランジ部３９の厚みを確保できると共に、付け根の部分の厚みを大きくでき、付け根の部分（半径方向外側）の水平方向の強度を高めることができる。

貫通孔３１の上側の内径ｄ３は、セラミックピース３２の外側寸法の０．１５〜０．７倍程度が好ましい。また、貫通孔３１の下端の内径ｄ４は、内径ｄ３の０．１５〜０．９（より好ましくは、０．３〜０．９）の範囲にあるのが好ましい。

セラミックピース３２の中央に配置されるスタッドボルト３４は、全ねじ（外側雄ねじ）となって例えば、外径が３〜１０ｍｍ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る。溶接前のスタッドボルト３４の先端には突起４０を備えているが、溶接後は、突起４０は消滅し、スタッドボルト３４の下端面４１が金属母材１３に固着される。スタッドボルト３４の高さはセラミックピース３２の高さの例えば、０．９〜１．２倍程度である。なお、スタッドボルト３４の下端面４１を拡径してフランジとすることもできる。

ナット部材３５は、普通鋼又はステンレス鋼からなって、下側面に円錐台状傾斜面３７に完全に一致する外テーパー面４２を有している。そして、中央には、スタッドボルト３４の外側雄ねじと螺合する雌ねじ４４を備えている。ナット部材３５の高さは、円錐台状傾斜面３７の０．９〜１．３倍とするのが好ましい。ナット部材３５の上部が円錐台状傾斜面３７から突出する場合は、その部分は円柱状となって、その外径は、貫通孔３２の径ｄ３の例えば、０．９１〜０．９９程度となっている。また、このナット部材３５の上面には、このナット部材３５を工具で締め付けるための２又はそれ以上の掛止窪みの一例である小穴４５が設けられている。

ナット部材３５の上部には、セラミックピース３２と材質を同じくした又は別種のセラミックからなるセラミックナット材３６が被さっている。このセラミックナット材３６の直径は貫通孔３１の径ｄ３の例えば、０．９１〜０．９９倍程度、高さはセラミックピース３２の高さの例えば０．２〜０．５倍程度となって、中央にスタッドボルト３４に螺合する雌ねじ４６が形成されている。

また、このセラミックナット材３６の上面には、このセラミックナット材３６を工具で締め付けるための２又はそれ以上の掛止窪みの一例である小穴４７が設けられている。この実施の形態では、セラミックナット材３６の上面からスタッドボルト３４が露出しているが、袋ナット状として、スタッドボルト３４を上から見えなくすることもできる。

このセラミックライナー装置３０の施工にあっては、金属母材１３の所定の位置にスタッドボルト３４を垂直に溶接し、セラミックピース３２の貫通孔３１をスタッドボルト３４に嵌め込み（被せ）、ナット部材３５をスタッドボルト３４に螺合させる。これによって、セラミックピース３２の位置決めが行われると共に、金属母材１３に確実に固定される。そして、スタッドボルト３４にセラミックナット材３６を螺合させ、ナット部材３５の上にセラミックナット材３６を被せる。なお、ナット部材３５及びセラミックナット材３６の緩め防止のために、雄ねじと雌ねじの間に接着剤を入れることもできる。

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ライナー装置を構成する場合も本考案の権利範囲に含まれる。
例えば、前記実施の形態においては、スタッドボルトの長さは一定であったが、使用するスタッドボルトより長い物を使用し、溶接後に所定位置で切断又は予め折れ目を入れておいて折ることもできる。
また、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。
また、前記実施の形態においては、理解を容易にするために具体的数字を用いて記載したが、本考案はこの数字の限定されるものではなく、本考案の要旨を変更しない範囲での数値変更はあり得るものである。

（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ライナー装置の側断面図、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ライナー装置の側断面図、平面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来例に係るセラミックライナー装置の側断面図、平面図である。

符号の説明

１０：セラミックライナー装置、１１：貫通孔、１２：セラミックピース、１２ａ：円錐台状傾斜面、１３：金属母材、１４：スタッドボルト、１５：ナット部材、１６：内フランジ部、１７：突起、１８：下端面、１９：外テーパー面、２０：雌ねじ、２２：小穴、２３：袋ナット部材、２４：雌ねじ、２６：空間部、２７：小穴、３０：セラミックライナー装置、３１：貫通孔、３２：セラミックピース、３４：スタッドボルト、３５：ナット部材、３６：セラミックナット材、３７：円錐台状傾斜面、３８：円筒部、３９：内フランジ部、４０：突起、４１：下端面、４２：外テーパー面、４４：雌ねじ、４５：小穴、４６：雌ねじ、４７：小孔

Claims (5)

1. 平面視して角形であって、貫通孔が中央に形成された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、取付け対象物である金属母材にスタッド溶接によってその下端部が固定される金属製のスタッドボルトと、該スタッドボルトに螺合する金属製のナット部材とを有するセラミックライナー装置において、
   前記貫通孔の下部には下方に縮径する円錐台状傾斜面を上側に備えた内フランジ部が形成され、前記ナット部材の外側部には前記円錐台状傾斜面に一致する外テーパー面を備え、更に、前記ナット部材の上部には前記スタッドボルトに螺合し、前記貫通孔に上部から被さるセラミック製の蓋部材が設けられていることを特徴とするセラミックライナー装置。
2. 請求項１記載のセラミックライナー装置において、前記蓋部材は袋ナット状となって、前記スタッドボルトの上部に螺合取付け可能となって、上面に掛止窪みを有していることを特徴とするセラミックライナー装置。
3. 請求項１及び２のいずれか１項に記載のセラミックライナー装置において、前記円錐台状傾斜面は、前記内フランジ部の下端にまで位置していることを特徴とするセラミックライナー装置。
4. 請求項１及び２のいずれか１項に記載のセラミックライナー装置において、前記内フランジ部の下部には円筒部を有し、前記円錐台状傾斜面は前記円筒部の上端にまで位置していることを特徴とするセラミックライナー装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のセラミックライナー装置において、前記円錐台状傾斜面の傾斜角は、水平に対して１５〜７５度の範囲にあることを特徴とするセラミックライナー装置。

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