(57)【要約】【課題】棒材のスタッドを横向き溶接する際の溶接部の品質を向上できる横向き溶接用スタッドを提供する。【解決手段】横向き溶接用スタッド１０は、金属製の棒材１２と、溶接される母材２０の鉛直面に対して棒材１２の端面１２Ａを対向させた状態で、端面１２Ａの中心Ｃ１より上側に偏心して端面１２Ａに設けられた溶剤１４と、を備える。【選択図】図３
2020089908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の棒材と、
溶接される母材の鉛直面に対して前記棒材の端面を対向させた状態で、前記端面の中心より上側に偏心して前記端面に設けられた溶剤と、
を備える横向き溶接用スタッド。
【請求項２】
前記溶剤の中心は、前記端面の中心から前記溶剤の径と同じ距離以上、上側に偏心している、
請求項１に記載の横向き溶接用スタッド。
【請求項３】
前記溶剤の下側から前記端面の下部に亘って切り欠きが設けられた、
請求項１又は２に記載の横向き溶接用スタッド。
【請求項４】
前記切り欠きは、前記棒材の端面と前記母材の鉛直面との離隔距離が上側から下側に向かうに従って増加するように設けられている、
請求項３に記載の横向き溶接用スタッド。
【請求項５】
前記切り欠きは、前記棒材の溶け代の内側に含まれている、
請求項３又は４に記載の横向き溶接用スタッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横向き溶接用スタッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
梁、床板、柱脚等の母材に対して金属製の棒材のスタッドを溶接して接合するアークスタッド溶接が知られている。アークスタッド溶接では、通常、スタッドと母材との間で、スタッドの棒材の端部に、端部の周囲を取り囲むように嵌め込まれるフェルール（アークシールド）が使用される。
【０００３】
アークスタッド溶接では、母材の表面が鉛直に配置されると共に棒材のスタッドの端面を対向させた状態で溶接される、いわゆる横向き溶接が行われる場合がある。横向き溶接では、メインアークによって棒材の端部と母材との両方で溶融した金属が、重力の作用を受けてフェルールの内側の下部に流下する。流下した溶融金属が相互に接触すると、短絡が発生してメインアークが切れる。このタイミングでメインアークが切れると、全体の溶融時間が短くなるため、溶融不良が発生し易い。
【０００４】
また、溶接中、重力の作用によって溶融金属が流下するため、母材との接合に寄与する溶融金属の量に関し、棒材の端部の上部の溶融金属の量が端部の下部の溶融金属の量より少なくなることが、避けられない。このため、横向き溶接によって形成された溶接部の品質の確保や、接合強度の低下への影響という問題がある。
【０００５】
アークスタッド溶接に関し、例えば特許文献１には、母材の表面に対して棒材の軸線が斜めになるようにスタッドを傾斜させた技術が開示されている。また、特許文献２には、板材又はアングル材のアークスタッド溶接において、パイロットアーク発生用の溶剤を、板材又はアングル材の端面における、板材又はアングル材の幅方向の一端側に寄せて配置する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２５９３７４３号公報
【特許文献２】特開平０５−１１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１では、スタッドが、軸部の軸線が斜めになるように単に傾斜して配置されるに過ぎず、横向き溶接時の重力の作用に関しては、何も考慮されていない。このため、特許文献１の技術をそのまま適用しても、横向き溶接時の溶接部の品質を改善することは難しい。また、特許文献２でも、板材又はアングル材を下向き溶接する場合しか検討されていないため、特許文献１と同様、横向き溶接時の重力の作用に伴って生じる溶接部の品質の問題が現実に解消されるかどうか不明である。さらに、特許文献２では、溶剤からパイロットアークが作用する範囲が限定的であり、板材又はアングル材と母材との間が、水平方向に長い溶接部に対しては溶融の問題（アーク発生の間に溶融が接合領域全体に行渡るかどうか）が解消できているか不明である。
【０００８】
本発明は上記の問題に鑑み、棒材のスタッドを横向き溶接する際の溶接部の品質を確実に向上できる横向き溶接用スタッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の横向き溶接用スタッドは、金属製の棒材と、溶接される母材の鉛直面に対して前記棒材の端面を対向させた状態で、前記端面の中心より上側に偏心して前記端面に設けられた溶剤と、を備える。
【００１０】
上記構成によれば、パイロットアーク発生用の溶剤が、棒材の端面の中心より上側に偏心するように設けられている。このため、端面の中心に設けられた溶剤を有するスタッドを横向き溶接する場合と比べ、溶融金属の流下の起点の位置が高くなる。すなわち、同径の横向き溶接用スタッドと比較した場合、溶融金属は、重力の影響で下方へ長く流下（移動）することになるため、流下時間を長く稼ぐことができる。
【００１１】
このため、メインアークによる溶融時間が長く維持されるので、溶融金属の量を増加させることが可能になる。よって、仮に、溶融金属と母材の鉛直面との間で短絡が発生したとしても、短絡までの間に生じる溶融金属の量が増加するので、溶融不良の発生を抑制できる。また、溶剤が、棒材の端面の中心より上側に偏心するように設けられることによって、端面の上部で母材との接合に寄与する溶融金属の量が増加する。このため、溶接後の棒材の上部における溶接部の品質が改善される。
【００１２】
請求項２に記載の横向き溶接用スタッドは、請求項１に記載の横向き溶接用スタッドであって、前記溶剤の中心は、前記端面の中心から前記溶剤の径と同じ距離以上、上側に偏心している。
【００１３】
上記構成によれば、溶剤の中心が、端面の中心から溶剤の径と同じ距離以上、上側に偏心しているので、端面の中心に設けられた溶剤を有するスタッドを横向き溶接する場合に比べ、溶融金属の流下時間をより確実に延長することができる。
【００１４】
請求項３に記載の横向き溶接用スタッドは、請求項１又は２に記載の横向き溶接用スタッドであって、前記溶剤の下側から前記端面の下部に亘って切り欠きが設けられている。
【００１５】
上記構成によれば、溶剤の下側から端面の下部に亘って切り欠きが設けられ、この切り欠きによって、溶剤の下側における棒材の端面と母材の鉛直面との離隔距離が、棒材の端面の上部と母材の鉛直面との離隔距離より長くなる。この切り欠きは、溶接時にスタッドの端面で生じた溶融金属が上側より下側へ流下して増大する際、溶融金属が母材の鉛直面から離隔して、双方（スタッドの端面及び母材の鉛直面）からの溶融金属どうしの距離を増大させる空間として機能する。すなわち、流下によって生じるスタッド側の溶融金属の雫の膨らみを低減させ、スタッド側の溶融金属の雫と母材側の溶融金属の雫との接触を防止することができるので、アークの短絡の発生を遅らせることができる。
【００１６】
請求項４に記載の横向き溶接用スタッドは、請求項３に記載の横向き溶接用スタッドであって、前記切り欠きは、前記棒材の端面と前記母材の鉛直面との離隔距離が上側から下側に向かうに従って増加するように設けられている。
【００１７】
上記構成によれば、切り欠きが、上側から下側に向かうに従って母材との離隔距離が増加するように構成されているので、流下の進行に伴って溶融金属の体積が漸増しても、アーク短絡の発生を遅らせる効果をより高めることができる。
【００１８】
請求項５に記載の横向き溶接用スタッドは、請求項３又は４に記載の横向き溶接用スタッドであって、前記切り欠きは、前記棒材の溶け代の内側に含まれている。
【００１９】
上記構成によれば、切り欠きは、棒材の溶け代の内側に含まれているため、溶け代がすべて溶融することによって、溶接後に、棒材の端部には切り欠きが存在しなくなる。切り欠きの位置では、母材の鉛直面から離隔し、母材の鉛直面に対して傾斜した端面が形成されるため、溶融開始時は上部から溶融が始まり、その溶融が徐々に傾斜した端面の下部へ広がっていく作用により、十分な溶融が起きる。よって、溶接後に、棒材の端部に切り欠きが存在することなく、母材の鉛直面に対向する端面が平坦に形成されるため、母材と横向き溶接用スタッドとの接合強度の低下を防止できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る横向き溶接用スタッドによれば、棒材のスタッドを横向き溶接する際の溶接部の品質を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係る横向き溶接用スタッドの全体構造を示す側面図である。
【図２】図１中のＡ部分の拡大図である。
【図３】第１実施形態に係る横向き溶接用スタッドの正面図である。
【図４】第１実施形態に係る横向き溶接用スタッドの棒材の径と溶剤の径との関係を示すグラフである。
【図５】第１実施形態に係る横向き溶接用スタッドの棒材の径に応じて設定される、溶剤の高さ、座の径及び溶け代の幅を示す表である。
【図６】比較例に係る横向き溶接用スタッドの正面図である。
【図７】第２実施形態に係る横向き溶接用スタッドの端部の部分拡大側面図である。
【図８】第２実施形態に係る横向き溶接用スタッドを用いた横向き溶接の一部を断面にして説明する側面図である。
【図９】比較例に係る横向き溶接用スタッドを用いた横向き溶接の一部を断面にして説明する側面図である。
【図１０】（Ａ）は比較例に係る横向き溶接用スタッドの溶接部の断面図であり、（Ｂ）は第１実施形態に係る横向き溶接用スタッドの溶接部の断面図であり、（Ｃ）は第２実施形態に係る横向き溶接用スタッドの溶接部の断面図であり、（Ｄ）は（Ｃ）の場合と異なる切り欠き距離を有する第２実施形態に係る横向き溶接用スタッドの溶接部の断面図である。
【図１１】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、第２実施形態の変形例に係る横向き溶接用スタッドの端部の部分拡大側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の第１及び第２実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一の部分及び類似の部分には、同一の符号又は類似の符号を付している。但し、図面における厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００２３】
＜第１実施形態＞
まず、図１〜図６を参照して、第１実施形態に係る横向き溶接用スタッド１０（以下、単に「スタッド１０」とも称する。）を説明する。図１に示すように、第１実施形態に係るスタッド１０は、金属製の棒材１２と、溶剤１４と、座１６と、頭部１８とを備える頭付きスタッドである。
【００２４】
スタッド１０は、例えばＪＩＳ  Ｂ  １１９８に準拠して作製される。棒材１２は、円柱状であって、カーボン（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）等が所定量配合された鋼製である。棒材１２は、スタッド１０の本体（ベース）をなす。なお、第１実施形態の棒材１２は円柱状であるが、本発明においてはこれに限定されず、四角柱、六角柱等の多角柱状であってよく、スタッドとして使用可能な形状を適宜採用できる。
【００２５】
棒材１２の軸方向は、横向き溶接時、溶接対象である母材の表面に対してほぼ垂直に配置される。なお、「ほぼ垂直」とは、母材の表面に対してスタッドの軸方向が「８５度以上、９５度以下の範囲」を意味する。
【００２６】
頭部の１８は、棒材１２の図１中の左端の端部に設けられているが、本発明において頭部１８は必須ではない。頭部１８を有さない棒材１２のみであってもよいし、異形スタッド、ねじ付きスタッド等、各種のスタッドに本発明は適用できる。
【００２７】
図２に示すように、棒材１２の右端部には溶け代１２Ｃが設定されており、溶け代１２Ｃより左側の領域との境界は、２点鎖線で例示されている。一定の幅Ｗを有する溶け代１２Ｃは、アークスタッド溶接時に溶融する。また、棒材１２の右側の端面１２Ａの外縁には、面取り部１２Ｂが設けられている。
【００２８】
溶剤１４（フラックス）は、半球状であり、アルミニウム製である。溶剤１４は、面取り部１２Ｂで囲まれた端面１２Ａの内側に、円板状の座１６を介して、母材側に突出して取り付けられている。溶剤１４によって、溶接時のパイロットアークが生じる。溶剤１４の取り付け方法としては、図示を省略するが、例えば端面１２Ａ上に棒材１２の軸方向に沿って孔を穿って凹部を設ける。そして、球状部材の一部が凹部の外側に、端面１２Ａから一定の高さＨを有して残存するように、凹部内にアルミニウム製の球状部材を圧入して固定すればよい。圧入時に凹部から外側に溢れたアルミニウムによって、座１６が形成される。
【００２９】
図１及び図２に示したスタッド１０は、棒材１２の右側の端面１２Ａを、溶接される母材の鉛直面に対して対向させた状態であり、この状態において、溶剤１４は、中心Ｃ２が端面１２Ａの中心Ｃ１より上側に一定の距離Ｌで偏心して設けられている。棒材１２の中心軸Ｍ１は、水平に配置され、端面１２Ａの中心Ｃ１を通る。また、溶剤１４の中心軸Ｍ２は、中心軸Ｍ１に平行で、溶剤１４の中心Ｃ２を通る。図３に示すように、溶剤１４の中心Ｃ２は、中心Ｃ１を通る仮想垂直線Ｖ上に位置する。
【００３０】
第１実施形態では、偏心した溶剤１４の距離Ｌは、溶剤１４の球状部材の径Ｒと同じ程度以上の長さである。ただし、本発明においては、距離Ｌは、溶剤１４の球状部材の径Ｒ未満であってもよい。溶剤１４の中心Ｃ２が少なくとも端面１２Ａの中心Ｃ１より上側であって、溶剤１４が安定配置される位置であれば、本発明は成り立つ。ただし、横向き溶接時の十分な溶接品質の確保の観点から、端面１２Ａの外縁の面取り部１２Ｂより内側に配置されることが好ましい。
【００３１】
図４に示すように、溶剤１４の球状部材の径Ｒは、棒材１２の径Ｄ１に応じて設定される。図４中には、径Ｄ１が約１４．５ｍｍ〜約２５．５ｍｍの範囲内の棒材１２に対して取り付け可能な球状部材の径Ｒの範囲が、斜線を付した領域Ｂで表されている。この領域Ｂによって示すように、径Ｒの下限値は、約３．７ｍｍである。径Ｒが約３．７ｍｍ未満であると、パイロットアークを十分に発生させることが難しくなる。
【００３２】
また、図４中の領域Ｂに示すように、棒材１２の径Ｄ１が約２０ｍｍ以下の場合、径Ｒの上限値は、約４．２ｍｍである。また、棒材１２の径Ｄ１が約２２ｍｍ以上、約２５．５ｍｍ以下の場合、径Ｒの上限値は、約５．０ｍｍである。また、棒材１２の径Ｄ１が約２０ｍｍ以上、約２２ｍｍ以下の場合、径Ｒの上限値は、下記の式（１）で算出される。
Ｒ＝（０．４  ×  Ｄ１）−  ３．８      ・・・（１）
【００３３】
式（１）は、図４中の２０≦Ｄ１≦２２、４．２≦Ｒ≦５の範囲内の傾斜した直線の方程式である。径Ｒが領域Ｂによって定義される上限値を超えると、溶剤１４が大きくなり過ぎる。
【００３４】
図４中の横軸中に示したように、第１実施形態に係るスタッド１０は、呼び径φが１９ｍｍ以上の太径のスタッド１０にも適用できる。図５に示すように、呼び径φが１９ｍｍ以上の太径のスタッドについて、溶剤１４の高さＨ、座１６の径Ｄ２、溶け代１２Ｃの幅Ｗは、棒材１２の径Ｄ１に応じてそれぞれ設定される。また、棒材１２の径Ｄ１の許容寸法差は±０．３ｍｍ、溶剤１４の高さＨの許容寸法差は±０．２ｍｍ、座１６の径Ｄ２の許容寸法差は±０．５ｍｍに、それぞれ設定されている。
【００３５】
このように、図１〜図５に示した第１実施形態に係るスタッド１０では、パイロットアーク発生用の溶剤１４は、中心Ｃ２が棒材１２の端面１２Ａの中心Ｃ１より上側に、距離Ｌで偏心して配置されている。また、溶剤１４の球状部材の寸法を含む各種の寸法が設定されている。
【００３６】
＜比較例＞
一方、図６に示した比較例に係るスタッド１０Ｚの場合、溶剤１４は、溶剤１４の中心Ｃ２が端面１２Ａの中心Ｃ１と同じ位置で同心に設けられている。このため、アーク溶接時に、端面１２Ａと母材との間で生じる溶融金属が、スタッド１０Ｚの端部を覆うフェルール（図示省略）の内側の下部に溜まり、短絡が発生する。この短絡によって、アーク切れが生じ、溶接に必要なアーク熱が十分に得られず、溶融不良が発生する恐れが大きい。
【００３７】
また、短絡が間欠的に生じることによって、溶接中にアーク長が変動するため、メインアークの状態が不安定になり、溶融不良が生じ易くなる。加えて、重力の作用によって、端面１２Ａの上部側の金属の溶融量が下部より少なくなるため、溶融金属の量の不均一に起因する溶接部の品質の低下が生じる。
【００３８】
（作用効果）
第１実施形態では、パイロットアーク発生用の溶剤１４が、棒材１２の端面１２Ａの中心より上側に偏心するように設けられている。このため、端面１２Ａの中心Ｃ１に設けられた溶剤１４を有するスタッドを横向き溶接する場合と比べ、溶融金属の流下の起点の位置が高くなる。すなわち、同径の横向き溶接用スタッド１０Ｚと比較した場合、溶融金属は、重力の影響で下方へ長く流下（移動）することになるため、流下時間を長く稼ぐことができる。
【００３９】
このため、メインアークによる溶融時間が長く維持されるので、溶融金属の量を増加させることが可能になる。よって、仮に、溶融金属と母材の鉛直面との間で短絡が発生したとしても、短絡までの間に生じる溶融金属の量が増加するので、溶融不良の発生を抑制できる。よって、第１実施形態に係る横向き溶接用スタッド１０によれば、棒材のスタッドを横向き溶接する際の溶接部の品質を向上できる。
【００４０】
また、溶剤１４が、棒材１２の端面１２Ａの中心より上側に偏心するように設けられることによって、端面の上部で母材との接合に寄与する溶融金属の量が増加する。このため、溶接後の棒材１２の上部における溶接部の品質が改善される。
【００４１】
また、第１実施形態では、溶剤１４の中心Ｃ２が、端面１２Ａの中心Ｃ１から溶剤１４の径Ｒと同程度以上の距離Ｌで上側に偏心している。このため、同じ径Ｒを有する溶剤１４が同じ径Ｄ１の端面１２Ａの中心Ｃ１に同心で配置される場合のパイロットアークの高さより、確実に上側の高い位置でパイロットアークを発生させることができる。よって、溶融金属の流下時間をより確実に延長することができる。
【００４２】
また、図５に示したように、第１実施形態に係る横向き溶接用スタッド１０は、呼び径φが１９ｍｍ（φ１９）以上の太径のスタッドについても適用できる。通常、太径のスタッドについては、細径の場合より、横向き溶接時の溶接部の品質を十分に確保できず、安定した溶接が難しい。このため、例えば、φ１６のスタッドは無条件で横向き溶接に使用可能であるが、φ１９のスタッドは、施工試験を行うという前提条件付きでなければ使用できない。また、φ１６やφ１９のスタッドは、横向き溶接における使用自体は可能であっても、施工不良の発生率が高く、実質的に使用が難しいという現状がある。しかし、第１実施形態に係る横向き溶接用スタッド１０によれば、溶融金属の流下時間を長く稼ぐことによって、困難とされていた太径のスタッドを用いる横向き溶接時においても、溶接部の品質を向上できるため、特に有効である。
【００４３】
＜第２実施形態＞
次に、図７〜図９を参照して、第２実施形態に係る横向き溶接用スタッド１０Ａ（以下、単に「スタッド１０Ａ」とも称する。）を説明する。図７に示すように、第２実施形態に係る横向き溶接用スタッド１０Ａでは、溶剤１４の下に切り欠き１２Ｄが設けられている点が、第１実施形態の場合と異なり、切り欠き１２Ｄ以外の構成は、第１実施形態におけるそれぞれ同名の部材と等価である。このため、以下、主に切り欠き１２Ｄの構成及び作用効果について説明すると共に、他の部分については重複説明を適宜省略する。
【００４４】
第２実施形態に係る横向き溶接用スタッド１０Ａは、第１実施形態の場合と同様、金属製の棒材１２と、溶剤１４と、座１６と、頭部１８とを備える頭付きスタッドである（図１参照）。溶剤１４は、溶接される母材の鉛直面に対して棒材１２の端面１２Ａを対向させた状態で、中心Ｃ２が端面１２Ａの中心Ｃ１より上側に偏心して端面１２Ａに設けられている。
【００４５】
図７中、切り欠き１２Ｄは、棒材１２の端面１２Ａの溶剤１４の下側から、端面１２Ａの下部に亘って設けられている。切り欠き１２Ｄによって形成される傾斜面１２Ｅの外縁の形状は、側面から見て直線状である。切り欠き１２Ｄによって、スタッド１０Ａを母材の鉛直面に横向きで対向させた場合、傾斜面１２Ｅと母材の鉛直面との間に空間が形成され、この空間内では、端面１２Ａと母材の鉛直面との離隔距離が、上側から下側に向かうに従って増加する。
【００４６】
切り欠き距離Ｐは、切り欠き１２Ｄを端面１２Ａから中心軸Ｍ１に沿って測った長さであり、切り欠き１２Ｄが棒材１２の溶け代１２Ｃの内側に含まれるように設定されている。なお、図７中では、傾斜面１２Ｅと中心軸Ｍ１とがなす角度が６０°程度に図示されているが、この角度は例示であり、本発明においては適宜変更可能である。
【００４７】
図８に示すように、スタッド１０Ａを用いて横向き溶接が行われる場合、スタッド１０Ａの端面１２Ａ側には、例えばセラミック製のフェルール２２が嵌め込まれ、端面１２Ａが、母材２０の鉛直面に対向するように配置される。また、図示を省略するが、スタッド１０Ａの頭部１８側の端部は、スタッドガン（溶接ガン）のチャックに挿入されている。なお、図８中に描かれたスタッド１０Ａの端面１２Ａと母材２０の鉛直面との間隔は例示であり、実際の間隔は、これより狭くなり得る。
【００４８】
チャックに保持されたスタッド１０Ａが押し込まれて母材２０に接触した後、再びスタッド１０Ａは引き上げられると共に、スタッド１０Ａと母材２０との間に所定の電圧が印加され、溶剤１４を起点としてアーク２４が生じる。スタッド１０Ａと母材２０との間で一定時間、アーク２４が形成され、溶接電流が流れた後、溶融池が形成されたところでスタッド１０Ａを母材２０に圧入することによって、溶接が完了する。その後、フェルール２２を除去すれば、周囲がカラー（襟型状）で覆われて形成された溶接部が露出する。
【００４９】
（作用効果）
第２実施形態に係る横向き溶接用スタッド１０Ａでは、切り欠き１２Ｄによって、溶剤１４の下側における棒材１２の端面１２Ａと母材２０の鉛直面との離隔距離が、棒材１２の端面１２Ａの上部と母材２０の鉛直面との離隔距離より長くなる。この切り欠き１２Ｄは、図８に示すように、溶接時にスタッド１０Ａの端面１２Ａで生じた溶融金属２６が上側より下側へ流下（移動）して増大する際、溶融金属２６が母材２０の鉛直面から離隔して、双方（スタッド１０Ａの端面１２Ａ及び母材２０の鉛直面）からの溶融金属２６どうしの距離を増大させる空間として機能する。すなわち、切り欠き１２Ｄは、端面１２Ａの下部に、懐のように選択的に設けられる構成である。この懐を活用して、流下によって生じるスタッド１０Ａ側の溶融金属２６の雫の膨らみを低減させ、スタッド１０Ａ側の溶融金属２６の雫と母材２０側の溶融金属２６の雫との接触を防止することができる。
【００５０】
一方、図６に示した比較例に係るスタッド１０Ｚの場合、切り欠き１２Ｄが設けられていないため、第２実施形態のスタッド１０Ａのように、端面１２Ａの下部に、母材２０の鉛直面との離隔距離の余裕が小さい。このため、図９に示すように、比較例に係るスタッド１０Ｚを用いて横向き溶接を行う場合、流下によって生じる溶融金属２６の雫の膨らみを十分に低減できない。よって、スタッド１０Ｚ側の溶融金属２６の雫と母材２０側の溶融金属２６の雫とが接触し易くなり、接触すれば、スタッド１０Ｚと母材２０との間で短絡が生じる。
【００５１】
しかし、第２実施形態の横向き溶接用スタッド１０Ａによれば、図８に示したように、切り欠き１２Ｄによって溶融金属２６の雫の膨らみを低減させることが可能になる。このため、第１実施形態の場合と同様に溶接部の品質を向上できることに加え、アーク２４の短絡の発生を遅らせることができる。
【００５２】
また、切り欠き１２Ｄが、上側から下側に向かうに従って母材２０との離隔距離が増加するように構成されている。このため、流下の進行に伴って溶融金属２６の体積が漸増しても、アーク短絡の発生を遅らせる効果をより高めることができる。
【００５３】
また、切り欠き１２Ｄは、棒材１２の溶け代１２Ｃの内側に含まれるように設けられているため、溶け代１２Ｃがすべて溶融することによって、溶接後に、棒材１２の端部に切り欠き１２Ｄが存在しなくなる。切り欠き１２Ｄの位置では、母材２０の鉛直面から離隔し、母材２０の鉛直面に対して傾斜した端面が形成される。このため、溶融開始時は上部から溶融が始まり、その溶融が徐々に傾斜した端面の下部へ広がっていく作用により、十分な溶融が起きる。よって、溶接後に、棒材１２の端部に切り欠き１２Ｄが存在することなく、母材２０の鉛直面に対向する端面が平坦に形成されるため、母材２０と横向き溶接用スタッド１０Ａとの接合強度の低下を防止できる。
【実施例】
【００５４】
次に、第１実施形態、第２実施形態及び比較例のそれぞれのスタッドの具体的な実施例を説明する。まず、径Ｄ１が約２２ｍｍ、軸方向の長さが約１５０ｍｍの棒材１２を用意し、この棒材１２を用いて下記（Ａ）のように、図６に示した比較例に係るスタッド１０Ｚを作製した。また、同じ棒材１２を用いて下記（Ｂ）のように、図１〜図３に示した第１実施形態に係るスタッド１０を作製した。また、同じ棒材１２を用いて下記（Ｃ）及び（Ｄ）のように、図７に示した第２実施形態に係るスタッド１０Ａ，１０Ｂを、切り欠き距離Ｐを互いに異ならせて２種類作製した。すなわち、第２実施形態に係るスタッド１０Ａ，１０Ｂは、傾斜面１２Ｅと中心軸Ｍ１とがなす角度が互いに異なる。
【００５５】
（Ａ）偏心の距離Ｌ＝０ｍｍ、切り欠き距離Ｐ＝０ｍｍ
（Ｂ）偏心の距離Ｌ＝５ｍｍ、切り欠き距離Ｐ＝０ｍｍ
（Ｃ）偏心の距離Ｌ＝５ｍｍ、切り欠き距離Ｐ＝１ｍｍ
（Ｄ）偏心の距離Ｌ＝５ｍｍ、切り欠き距離Ｐ＝３ｍｍ
【００５６】
そして、上記（Ａ）〜（Ｄ）の４種類のスタッドを母材と溶接する試験を同一の溶接条件で行い、溶接後に得られたそれぞれの溶接部の品質を確認した。主な溶接条件は、下記のように設定した。
【００５７】
溶接電流：２２００Ａ
溶接時間：０．９秒
スタッドガン引き上げ距離：３ｍｍ
スタッド突き出し長さ：５ｍｍ
【００５８】
図１０中には、上記（Ａ）〜（Ｄ）の４種類のスタッドの溶接部の断面（マクロ断面）の形状が示されている。なお、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）中のそれぞれの母材２０の右側の点線は、溶融前の母材２０の鉛直面を示す。図１０（Ａ）に示すように、比較例に係るスタッド１０Ｚの溶接部は、棒材１２の端面１２Ａが、母材２０の鉛直面に到達しておらず、棒材１２の溶け込みが浅い。また、図１０（Ａ）中のカラー２８Ａの上部は、棒材１２の上面に到達していない。また、下部に、溶接中に巻き込まれた気泡によるノッチ部３０が形成されているため、対衝撃性能、対疲労性能の点で不安が存在する。
【００５９】
一方、図１０（Ｂ）に示すように、第１実施形態に係るスタッド１０の溶接部は、棒材１２の端面１２Ａが、母材２０の鉛直面に到達しており、両者が十分に融合している。また、比較例の場合と同様、下部にノッチ部３０が形成されてはいるが、図１０（Ｂ）中のカラー２８Ｂの上部は、棒材１２の上面に到達しており、溶接強度が高められている。このため、総合的に、実用上十分な溶接部の品質が達成されていると判断できる。
【００６０】
また、図１０（Ｃ）に示すように、第２実施形態に係るスタッド１０Ａの溶接部は、棒材１２の端面１２Ａが、母材２０の鉛直面に到達しており、第１実施形態の場合と同様、両者が十分に融合している。また、図１０（Ｃ）中のカラー２８Ｃの上部は、棒材１２の上面に到達しており、溶接強度が高められている。また、図１０（Ｃ）中のカラー２８Ｃの下部には、ノッチ部３０は形成されていない。このため、比較例及び第１実施形態の場合より、溶接部の品質が更に向上されている。
【００６１】
また、図１０（Ｄ）に示すように、図１０（Ｃ）の場合と異なる角度の傾斜面１２Ｅが形成されたスタッド１０Ｂの溶接部においても、棒材１２の端面１２Ａが、母材２０の鉛直面に到達しており、両者が十分に融合している。また、図１０（Ｄ）中のカラー２８Ｄの上部は、棒材１２の上面に到達しており、溶接強度が高められていると共に、カラー２８Ｄの下部に、ノッチ部３０は形成されていない。このため、図１０（Ｃ）の第２実施形態の場合と同様、溶接部の品質が更に向上されている。
【００６２】
また、溶接部の断面の評価の他、図示を省略するが、４種類のスタッドのそれぞれについて、外観、仕上がり高さ、引張強度、曲げ強度のそれぞれの項目においても試験を実施した。その結果、溶剤１４を偏心配置させた第１実施形態に係るスタッド１０、及び、更に切り欠き１２Ｄが設けられた第２実施形態に係るスタッド１０Ａ，１０Ｂは、いずれの試験項目についても合格基準値を超え、溶接部の品質が高められていた。
【００６３】
＜その他の実施形態＞
本発明は上記の開示した実施の形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。本開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになると考えられるべきである。
【００６４】
例えば、端面１２Ａの形状は、第１実施形態の場合のように、側面から見て、母材２０の鉛直面と平行な平坦なものに限定されず、例えば円錐状のように、母材２０に向かうに従って軸部の先端が尖ったものでもよい。先端が尖った端面の場合、円錐の頂点の位置でパイロットアークが生じることになるので、円錐の頂点が底円の中心から偏心配置されることによって、本発明が構成される。なお、端面が円錐型の場合、溶剤の材料であるアルミニウムは、偏心した頂点を含む表面の領域に、例えば蒸着等の手段によって部分的に配置されればよい。
【００６５】
また、切り欠き１２Ｄとしては、図７に示した第２実施形態の場合のように側面から見て、傾斜面１２Ｅの外縁が直線状に表れる形状の場合だけでなく、図１１に示すように、傾斜面の外縁が曲線状に表れる形状も含まれてよい。図１１（Ａ）に示した、横向き溶接用スタッド１０Ａ１の傾斜面１２Ｅ１が、側面視で曲線が棒材１２の内側に引っ込むような凹曲面である場合、上側より下側へ向かって流下する溶融金属２６どうしの距離を更に増大させることができる。また、図１１（Ｂ）に示した、横向き溶接用スタッド１０Ａ２の傾斜面１２Ｅ２が、側面視で曲線が棒材１２の外側に膨らむような凸曲面である場合、棒材１２を加工する際の切削量を、図７に示した外縁が直線状の傾斜面１２Ｅの場合より低減できる。
【００６６】
また、横向き溶接の際、スタッド１０，１０Ａ，１０Ｂの先端にはフェルール２２が嵌め込まれて端面１２Ａ全体がフェルール２２に覆われる。このため、端面１２Ａのどこに溶剤１４が配置されているか、そのままでは目視して確認することが難しい。このため、溶剤１４の位置の目印として、例えば、棒材１２の周面に、端面１２Ａ上の溶剤１４に最も近接する部分からスタッド１０，１０Ａ，１０Ｂの頭部１８に向かって軸方向に水平な線や溝を設けてもよい。すなわち、フェルール２２及びスタッドガンのチャックに覆われていない棒材１２の周面に目印を設けてもよい。こうした目印によって、スタッド１０，１０Ａ，１０Ｂを溶接の準備の際のスタッドガンに取り付ける作業や、溶接時に母材２０に接触させる際の上下方向の位置決めにかかる作業の時間を減少させることができる。
【００６７】
以上のとおり本発明は、上記に記載していない様々な実施の形態等を含むとともに、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００６８】
１０，１０Ａ，１０Ａ１，１０Ａ２，１０Ｂ，１０Ｚ  横向き溶接用スタッド
１２  棒材
１２Ａ  端面
１２Ｃ  溶け代
１２Ｄ  切り欠き
１４  溶剤
２０  母材
Ｃ１  端面の中心
Ｃ２  溶剤の中心
Ｌ  距離
Ｒ  溶剤の径
【図１】
2020089908.tif 000003
【図２】
2020089908.tif 000004
【図３】
2020089908.tif 000005
【図４】
2020089908.tif 000006
【図５】
2020089908.tif 000007
【図６】
2020089908.tif 000008
【図７】
2020089908.tif 000009
【図８】
2020089908.tif 000010
【図９】
2020089908.tif 000011
【図１０】
2020089908.tif 000012
【図１１】
2020089908.tif 000013