JP6897510B2 - 溶接継手の疲労強度改善装置および疲労強度改善方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接継手の疲労強度を改善する装置および方法に関する。

船舶および橋梁等の構造物においては、種々の溶接継手が用いられている。構造物において利用される溶接継手としては、例えば、隅肉溶接によって２枚の鋼板を接合した溶接継手を挙げることができる。

このような溶接継手においては、繰り返し応力が作用した場合に、溶接止端部において応力集中が生じたり、引張残留応力が生じたりすることが知られている。また、このような応力集中等が生じることにより、溶接止端部から疲労き裂が発生する場合があることも知られている。

そこで、従来、溶接継手において疲労き裂が発生することを抑制するための技術が提案されている。例えば、特許文献１に開示された溶接継手の製造方法では、隅肉溶接部のうち、少なくとも回し溶接部の溶接止端部に打撃処理が施される。この打撃処理により、溶接止端部に圧縮残留応力を付与することができ、溶接止端部から疲労き裂が発生することを抑制することができる。

国際公開第２０１１／０２４７８４号

ところで、溶接継手においては、鋼板と鋼板との接合部に孔（例えば、スカラップ）が形成され、該孔内に溶接部が形成される場合がある。このような溶接継手においても、繰り返し応力が作用することによって、溶接部の溶接止端部において応力集中等が生じ、疲労き裂が発生するおそれがある。このため、孔内に形成された溶接部の溶接止端部においても、圧縮残留応力を付与して疲労強度を改善することが好ましい。

しかしながら、特許文献１では、孔内に形成された溶接部の溶接止端部の疲労強度を改善することは考慮されていない。このため、孔内に溶接部が形成された溶接継手においては、特許文献１の技術を利用しても、疲労強度を十分に改善することは難しい。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、孔内に溶接部が形成された溶接継手の疲労強度を改善するための装置および方法を提供することを目的としている。

本発明は、下記の疲労強度改善装置および疲労強度改善方法を要旨とする。

（１）切欠き部を有しかつ金属からなる板状の接合部材を含む複数の金属部材を備えており、前記切欠き部によって前記接合部材の板厚方向に深さを有する孔が形成されるように前記複数の金属部材が溶接されており、かつ、少なくとも２つの前記金属部材を接合する溶接部が前記孔内に形成されている溶接継手において、前記孔内に形成された前記溶接部の溶接止端部の疲労強度を改善するための疲労強度改善装置であって、
押し子部と、支持部と、前記押し子部および前記支持部のうちの少なくとも一方に駆動力を伝達する駆動力伝達部とを備え、
前記駆動力伝達部は、前記押し子部と前記支持部とが、前記駆動力によって第１方向において相対的に離れるように移動するように、前記押し子部および前記支持部を保持し、
前記孔内において、前記駆動力によって前記押し子部および前記支持部が前記第１方向に相対的に移動することによって、前記押し子部および前記支持部がそれぞれ前記孔の内面に接触しかつ前記孔の内面を押す、疲労強度改善装置。

（２）前記駆動力伝達部は、前記第１方向において前記押し子部と前記支持部との間に配置される、上記（１）に記載の疲労強度改善装置。

（３）前記第１方向に直交する第２方向における前記押し子部の長さは、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向における前記押し子部の長さよりも長い、上記（１）または（２）に記載の疲労強度改善装置。

（４）前記押し子部および前記支持部を前記第１方向に投影した場合に、前記押し子部および前記支持部が重なり、
前記押し子部の外面は、前記第２方向に直交する断面において、前記支持部とは反対側に向かって凸となりかつ円弧状に湾曲する湾曲面を有する、上記（３）に記載の疲労強度改善装置。

（５）前記押し子部の前記湾曲面は、前記第３方向に直交する断面において、前記支持部とは反対側に向かって凸となりかつ円弧状に湾曲し、
前記第３方向に直交する断面における前記湾曲面の曲率半径は、前記第２方向に直交する断面における前記湾曲面の曲率半径の５倍以上１００倍以下である、上記（４）に記載の疲労強度改善装置。

（６）前記押し子部および前記支持部を前記第１方向に投影した場合に、前記押し子部および前記支持部が重なり、
前記支持部の外面は、前記第２方向に直交する断面において、前記押し子部とは反対側に向かって凸となりかつ円弧状に湾曲する湾曲面を有する、上記（３）から（５）のいずれかに記載の疲労強度改善装置。

（７）前記支持部の前記湾曲面は、前記第３方向に直交する断面において前記第２方向に直線状に延びる、上記（６）に記載の疲労強度改善装置。

（８）前記第１方向に直交する第２方向において、前記支持部の長さは、前記押し子部の長さよりも長い、上記（１）から（７）のいずれかに記載の疲労強度改善装置。

（９）前記駆動力伝達部は、流体によって前記押し子部および前記支持部のうちの少なくとも一方を前記第１方向に移動させ、
前記第１方向に直交する第２方向における前記駆動力伝達部の長さは、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向における前記駆動力伝達部の長さの４倍以上である、上記（１）から（８）のいずれかに記載の疲労強度改善装置。

（１０）切欠き部を有しかつ金属からなる板状の接合部材を含む複数の金属部材を備えており、前記切欠き部によって前記接合部材の板厚方向に深さを有する孔が形成されるように前記複数の金属部材が溶接されており、かつ、少なくとも２つの前記金属部材を接合する溶接部が前記孔内に形成されている溶接継手において、前記孔内に形成された前記溶接部の溶接止端部の疲労強度を改善する方法であって、
前記孔内に、上記（１）から（９）のいずれかに記載の疲労強度改善装置の前記押し子部および前記支持部を配置し、前記駆動力伝達部から前記押し子部および前記支持部のうちの少なくとも一方に駆動力を伝達することによって、前記押し子部と前記支持部とを前記第１方向において相対的に離れるように移動させ、前記押し子部によって前記孔内に形成された前記溶接部の溶接止端部を押す、工程を含む、疲労強度改善方法。

本発明によれば、孔内に溶接部が形成された溶接継手の疲労強度を改善することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る疲労強度改善装置を示す図である。 図２は、駆動力伝達部を示す図である。 図３は、押圧ユニットを示す断面図である。 図４は、支持ユニットを示す断面図である。 図５は、溶接継手の一例を示す図である。 図６は、貫通孔の周辺および貫通孔内に配置された疲労強度改善装置を示す図である。 図７は、図６において矢印Ｘで示す方向にデッキプレート、横リブおよび溶接部を見た図である。 図８は、駆動力伝達部の他の例を示す斜視図である。 図９は、本発明の他の実施形態に係る疲労強度改善装置を示す図である。 図１０は、油圧ジャッキを用いていない疲労強度改善装置の一例を示す概略図である。 図１１は、油圧ジャッキを用いていない疲労強度改善装置の他の例を示す概略図である。 図１２は、油圧ジャッキを用いていない疲労強度改善装置のその他の例を示す概略図である。 図１３は、油圧ジャッキを用いていない疲労強度改善装置のさらにその他の例を示す概略図である。 図１４は、異なる形状の支持ユニットを備えた疲労強度改善装置を示す図である。 図１５は、貫通孔の周辺および貫通孔内に配置された疲労強度改善装置を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る疲労強度改善装置および疲労強度改善方法について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る疲労強度改善装置を示す図である。なお、図１（ａ）においては、本実施形態に係る疲労強度改善装置の本体部の側面を示し、図１（ｂ）においては、上記本体部の正面を示している。また、図１においては、互いに直交する第１方向、第２方向および第３方向を示している。他の図においても、適宜、互いに直交する第１方向、第２方向および第３方向を示している。

図１を参照して、本実施形態に係る疲労強度改善装置１０（以下、改善装置１０と略記する。）は、本体部１２および駆動源１４（図１（ａ）参照）を備えている。本体部１２は、駆動力伝達部１６と、押圧ユニット１８と、支持ユニット２０とを備えている。本実施形態では、駆動力伝達部１６は、第１方向において押圧ユニット１８と支持ユニット２０との間に配置されている。また、本実施形態では、押圧ユニット１８および支持ユニット２０は、駆動力伝達部１６に対して着脱可能に設けられている。

図２は、駆動力伝達部１６を示す図である。詳細は後述するが、駆動力伝達部１６は、流体によって押圧ユニット１８を第１方向に移動させる。本実施形態では、駆動力伝達部１６として、例えば、油圧ジャッキ（出力は、例えば、５ｋＮ以上２００ｋＮ以下）が用いられる。図１および図２を参照して、駆動力伝達部１６は、保持部１６ａ、取付部１６ｂ、およびピストン１６ｃを含む。

図２を参照して、本実施形態では、保持部１６ａは、扁平な筒形状を有している。図１および図２を参照して、保持部１６ａは、第１方向において互いに平行な第１面１６１および第２面１６２、並びに第１面１６１の外縁と第２面１６２の外縁とを接続するように第１方向に延びる外周面１６３を有している。

ピストン１６ｃは、第１方向に進退可能に保持部１６ａに保持されている。保持部１６ａ内には、ピストン１６ｃを第１方向に移動させるための流体（本実施形態ではオイル）が充填されている。ピストン１６ｃのストロークは、例えば、１０ｍｍ以下に設定される。

保持部１６ａは、取付部１６ｂを介して駆動源１４に接続されている。本実施形態では、駆動源１４として、油圧ポンプが用いられる。駆動源１４によって発生された油圧が、保持部１６ａ内のオイルからピストン１６ｃに伝達され、ピストン１６ｃが、第１面１６１から突出するように第１方向に移動する。これにより、第１方向において、後述する押し子部１８ａが、後述する支持部２０ａから相対的に離れるように移動する。このように、本実施形態では、駆動源１４によって発生される油圧が、ピストン１６ｃおよび押圧ユニット１８を移動させるための駆動力として用いられる。

図１を参照して、本実施形態では、第２方向における駆動力伝達部１６の長さは、第３方向における駆動伝達部１６の長さより長く、例えば、第３方向における駆動力伝達部１６の長さの４倍以上（好ましくは、５倍以上）に設定される。これにより、後述する貫通孔４０ａ,４０ｂ,４０ｃ（図６参照）内に本体部１２を配置するために、本体部１２を細長い形状にする場合でも、保持部１６ａ内においてピストン１６ｃが流体（オイル）から圧力を受ける部分の面積を十分に大きくすることができる。その結果、後述する貫通孔４０ａ,４０ｂ,４０ｃ（図６参照）内に本体部１２を配置できるようにしつつ、駆動力伝達部１６においてピストン１６ｃに十分な駆動力を伝達することができる。なお、第２方向における駆動力伝達部１６の長さは、保持部１６ａの第２方向における長さとピストン１６ｃの第２方向における長さのうち長い方のことを表す。また、第３方向における駆動力伝達部１６の長さは、保持部１６ａの第３方向における長さとピストン１６ｃの第３方向における長さのうち長い方のことを表す。

第１方向における駆動力伝達部１６の長さ（ピストン１６ｃが伸びきったときの長さ）は、例えば、１５〜２０ｍｍに設定される。第２方向における駆動力伝達部１６の長さは、例えば、１００ｍｍ以下に設定される。第３方向における駆動力伝達部１６の長さは、例えば、２０ｍｍ以下に設定される。なお、駆動力伝達部１６の大きさは後述する貫通孔４０ａ,４０ｂ,４０ｃ（図６参照）の形状に応じて適宜変更することができ、例えば、第２方向における駆動力伝達部１６の長さは、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に設定され、第３方向における駆動力伝達部１６の長さは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定される。

押圧ユニット１８は、押し子部１８ａおよびベース部１８ｂを有している。押し子部１８ａとベース部１８ｂとは固定されている。ベース部１８ｂは、ピストン１６ｃに取り付けられる。本実施形態では、ベース部１８ｂは、ピストン１６ｃに対して取り外し可能に設けられる。これにより、押し子部１８ａの損傷および後述する貫通孔４０ａ,４０ｂ,４０ｃ（図６参照）の形状等に応じて、押圧ユニット１８を取り替えることができる。なお、詳細な説明は省略するが、押圧ユニット１８は、例えば、ネジ等の締結部材を用いてピストン１６ｃに取り付けることができる。

支持ユニット２０は、支持部２０ａおよびベース部２０ｂを有している。支持部２０ａとベース部２０ｂとは固定されている。ベース部２０ｂは、保持部１６ａの第２面１６２に固定される。本実施形態では、ベース部２０ｂは、保持部１６ａに対して取り外し可能に設けられる。これにより、支持部２０ａの損傷および後述する貫通孔４０ａ,４０ｂ,４０ｃ（図６参照）の形状等に応じて、支持ユニット２０を取り替えることができる。なお、詳細な説明は省略するが、支持ユニット２０は、例えば、ネジ等の締結部材を用いて保持部１６ａに取り付けることができる。本実施形態では、押し子部１８ａおよび支持部２０ａを第１方向に見た場合に、押し子部１８ａおよび支持部２０ａが互いに重なる位置に位置付けられるように、押圧ユニット１８および支持ユニット２０が設けられている。言い換えると、押し子部１８ａおよび支持部２０ａを第１方向に投影した場合に、押し子部１８ａおよび支持部２０ａが重なるように、押圧ユニット１８および支持ユニット２０が設けられている。

本実施形態では、第２方向における押し子部１８ａの長さは、第３方向における押し子部１８ａの長さよりも大きい。

図３（ａ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面における押圧ユニット１８を示す図であり、図３（ｂ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面における押圧ユニット１８を示す図である。なお、図３（ａ）に示す断面は、第２方向における押し子部１８ａの中心を通る断面である。また、図３（ｂ）に示す断面は、第３方向における押し子部１８ａの中心を通る断面である。

図１および図３を参照して、押し子部１８ａの外面は、第２方向に直交する断面（図３（ａ）に示す断面）において、駆動力伝達部１６に対して支持部２０ａとは反対側に向かって凸となりかつ円弧状に湾曲する湾曲面１８１を有する。また、本実施形態では、押し子部１８ａの湾曲面１８１は、第３方向に直交する断面（図３（ｂ）に示す断面）においても、駆動力伝達部１６に対して支持部２０ａとは反対側に向かって凸となりかつ円弧状に湾曲する。言い換えると、湾曲面１８１は、第１方向において、支持部２０ａとは反対に向かって凸となる。

本実施形態では、第３方向に直交する断面（図３（ｂ）に示す断面）における湾曲面１８１の先端部の曲率半径は、例えば、第２方向に直交する断面（図３（ａ）に示す断面）における湾曲面１８１の先端部の曲率半径の５倍以上１００倍以下に設定される。第２方向に直交する断面における湾曲面１８１の先端部の曲率半径は、後述する貫通孔４０ａ,４０ｂ,４０ｃ（図６参照）の大きさおよび形状等に応じて適宜設定され、例えば、３ｍｍ以下に設定される。なお、第２方向に直交する断面において、押し子部１８ａのうち、溶接止端部を押す部分（すなわち、湾曲面１８１の先端部）の曲率半径は、溶接止端部（後述の図６の溶接止端部４４ａ参照）の表面の曲率半径よりも多少大きいことが好ましい。具体的には、溶接止端部の表面の曲率半径は、通常、１ｍｍ以下程度であるので、第２方向に直交する断面（図３（ａ）に示す断面）における湾曲面１８１の先端部の曲率半径は、例えば、１ｍｍ以上に設定される。

図４（ａ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面における支持ユニット２０を示す図であり、図４（ｂ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面における支持ユニット２０を示す図である。なお、図４（ａ）に示す断面は、第２方向における支持部２０ａの中心を通る断面である。また、図４（ｂ）に示す断面は、第３方向における支持部２０ａの中心を通る断面である。

図１および図４を参照して、支持部２０ａの外面は、第２方向に直交する断面（図４（ａ）に示す断面）において、駆動力伝達部１６に対して押し子部１８ａとは反対側に向かって凸となりかつ円弧状に湾曲する湾曲面２０１を有する。言い換えると、湾曲面２０１は、第１方向において、押し子部１８ａとは反対に向かって凸となる。本実施形態では、支持部２０ａの湾曲面２０１は、第３方向に直交する断面（図４（ｂ）に示す断面）において、第２方向に直線状に延びる。このように、第２方向に直線状に延びるように湾曲面２０１を形成することによって、後述する貫通孔４０ａ,４０ｂ,４０ｃ（図６参照）内に本体部１２を配置する際に、支持部２０ａと溶接継手３０との接触面積を大きくできる。これにより、支持部２０ａによって本体部１２を安定して支持することができる。また、接触面積が大きくなることによって、支持部２０ａとの接触部における溶接継手３０の変形を抑制することができる。

第２方向に直交する断面（図４（ａ）に示す断面）における湾曲面２０１の先端部の曲率半径は、例えば、第２方向に直交する断面（図３（ａ）に示す断面）における湾曲面１８１の先端部の曲率半径の２倍以上１０倍以下に設定される。第２方向に直交する断面（図４（ａ）に示す断面）における湾曲面２０１の先端部の曲率半径は、例えば、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下に設定される。

図１を参照して、本実施形態では、第２方向において、支持部２０ａの長さは、押し子部１８ａの長さよりも大きい。第２方向における支持部２０ａの長さは、例えば、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に設定される。

本実施形態に係る改善装置１０は、切欠き部を有しかつ金属からなる板状の接合部材を含む複数の金属部材を備えており、前記切欠き部によって前記接合部材の板厚方向に深さを有する孔が形成されるように前記複数の金属部材が溶接されており、かつ、少なくとも２つの前記金属部材を接合する溶接部が前記孔内に形成されている溶接継手において、前記孔内に形成された前記溶接部の溶接止端部の疲労強度を改善する際に好適に利用される。なお、建築構造物などで利用される溶接継手においては、半径が３５ｍｍ程度の円に相当する大きさのスカラップが形成される場合が多い。本実施形態に係る改善装置１０は、このようなスカラップ内に形成された溶接部の溶接止端部の疲労強度を適切に改善することができる。

以下、改善装置１０の使用方法の一例について説明する。図５は、疲労強度改善方法が実施される溶接継手の一例を示す図である。なお、図５には、溶接継手の一例として、鋼床版が示されている。

図５を参照して、鋼床版３０は、デッキプレート３２と、主桁３４と、横リブ３６と、縦リブ３８とを有している。横リブ３６は、複数の切欠き部３６ａ，３６ｂ，３６ｃを有している。切欠き部３６ａによって、デッキプレート３２と主桁３４と横リブ３６との間に、横リブ３６（より具体的には、横リブ３６のウェブ）を板厚方向に貫通する貫通孔４０ａが形成されている。また、切欠き部３６ｂによって、横リブ３６と縦リブ３８との間に貫通孔４０ｂが形成され、切欠き部３６ｃによって、デッキプレート３２と横リブ３６と縦リブ３８との間に貫通孔４０ｃが形成されている。

なお、図５の鋼床版３０においては、デッキプレート３２、主桁３４、横リブ３６、および縦リブ３８がそれぞれ金属部材の例であり、横リブ３６のウェブが板状の接合部材の例である。

図５を参照して、溶接部４２ａ，４２ｂ，４２ｃそれぞれの一部は、貫通孔４０ａ内に形成されている。本実施形態では、貫通孔４０ａを通るように、溶接部４２ａ，４２ｂ，４２ｃが形成されている。溶接部４２ａは、デッキプレート３２と主桁３４とを接合し、溶接部４２ｂは、デッキプレート３２と横リブ３６とを接合し、溶接部４２ｃは、主桁３４と横リブ３６とを接合している。また、詳細な説明は省略するが、横リブ３６と縦リブ３８とを接合する溶接部４２ｄの一部は、貫通孔４０ｂ内に形成されている。また、溶接部４２ｄの他の一部は、貫通孔４０ｃ内に形成されている。本実施形態では、溶接部４２ｄは、貫通孔４０ｂおよび貫通孔４０ｃを通るように形成されている。また、デッキプレート３２と縦リブ３８とを接合する溶接部４２ｅの一部、およびデッキプレート３２と横リブ３６とを接合する溶接部４２ｆの一部はそれぞれ、貫通孔４０ｃ内に形成されている。本実施形態では、溶接部４２ｅ，４２ｆはそれぞれ、貫通孔４０ｃを通るように形成されている。

本実施形態では、上述の改善装置１０を各貫通孔４０ａ〜４０ｃ内に配置して、各貫通孔４０ａ〜４０ｃの内面（より具体的には、各溶接部４２ａ〜４２ｆの溶接止端部）を押し子部１８ａで押すことによって、溶接止端部に圧縮残留応力を付与することができる。これにより、各貫通孔４０ａ〜４０ｃ内において、各溶接部４２ａ〜４２ｆの溶接止端部の疲労強度を改善することができる。その結果、鋼床版３０の疲労強度を改善することができる。なお、本実施形態では、押し子部１８ａが各貫通孔４０ａ〜４０ｃの内面を押している際には、支持部２０ａも各貫通孔４０ａ〜４０ｃの内面を押している。言い換えると、押し子部１８ａが各貫通孔４０ａ〜４０ｃの内面を押す際には、支持部２０ａは、各貫通孔４０ａ〜４０ｃの内面に接触することによって駆動力伝達部１６および押圧ユニット１８（押し子部１８ａ）を支持する。本実施形態では、押し子部１８ａが各貫通孔４０ａ〜４０ｃの内面を押す時間は、例えば、１秒以上に設定される。なお、押し子部１８ａが各貫通孔４０ａ〜４０ｃの内面を押す時間を１秒未満に設定する場合には、押し子部１８ａによって同じ箇所を繰り返し押すことが好ましい。

以下、貫通孔４０ａ内に改善装置１０を配置する場合の一例を挙げて、疲労強度改善方法についてより具体的に説明する。

図６は、貫通孔４０ａの周辺および貫通孔４０ａ内に配置された改善装置１０を示す概略図である。また、図７は、図６において矢印Ｘで示す方向にデッキプレート３２、横リブ３６および溶接部４２ｂを見た図である。なお、図７においては、デッキプレート３２、横リブ３６および溶接部４２ｂの位置関係を明確にするために、横リブ３６にハッチングを付している。

図６および図７を参照して、溶接部４２ｂは、回し溶接部４４を含む。回し溶接部４４は、溶接部４２ｂのうち、横リブ３６の切欠き部３６ａ側の端部を回るように形成された部分である。

本実施形態では、図６に示すように、貫通孔４０ａ内に改善装置１０を配置することによって、押し子部１８ａによって、回し溶接部４４の溶接止端部４４ａを押すことができる。これにより、従来の装置では困難であった、貫通孔４０ａ内に形成された回し溶接部４４の疲労強度の改善が可能になる。

また、本実施形態では、図１に示したように、第２方向における押し子部１８ａの長さは、第３方向における押し子部１８ａの長さよりも大きい。このような形状の押し子部１８ａによって、図７に破線で示すように、溶接止端部４４ａに沿って延びる所定長さの領域５０を、一度の処理によって押すことができる。これにより、少ない処理回数で、鋼床版３０の疲労強度を向上させることができる。また、処理回数が少なくなることによって、例えば、超音波振動を用いた打撃処理を溶接止端部４４ａに施す場合に比べて、溶接止端部４４ａの損傷（剥離等）を抑制することができる。なお、溶接止端部は、完全な直線状ではなく、湾曲した部分（うねるように延びる部分）を有している場合がある。溶接止端部がこのような形状を有している場合でも、第２方向および第３方向における押し子部１８ａの長さをそれぞれ適切に設定することによって、溶接止端部に沿った十分な長さの領域を、一度の処理で適切に押すことが可能になる。

なお、上述の実施形態では、押し子部１８ａと支持部２０ａとの形状が異なる場合について説明したが、押し子部１８ａと支持部２０ａとが同様の形状であってもよい。この場合、押し子部１８ａおよび支持部２０ａの両方によって、溶接止端部に圧縮残留応力を付与することができる。

また、上述の実施形態では、押圧ユニット１８がピストン１６ｃに取り付けられる場合について説明したが、改善装置１０の構成は上述の例に限定されない。すなわち、押圧ユニット１８および支持ユニット２０のうちの一方のみをピストンに取り付けてもよく、駆動力伝達部に一対のピストンを設け、押圧ユニット１８および支持ユニット２０の両方をピストンに取り付けてもよい。

また、上述の実施形態では、駆動力伝達部１６が、第２方向における長さが第３方向における長さよりも長いピストン１６ｃを備える場合について説明したが、ピストンの構成は上述の例に限定されない。例えば、図８に示すように、駆動力伝達部１６が、上述のピストン１６ｃの代わりに、第２方向に並ぶように配置された複数の円筒形のピストン１６ｄを備えていてもよい。この場合、各ピストン１６ｄについて、第２方向における長さを第３方向における長さよりも長くしなくてもよいので、既製品のピストンを活用できる。したがって、改善装置の製造コストを低減する観点からは、図８に示すように、円筒形のピストン１６ｄを並べた構成とすることが好ましい。なお、図８においては、各構成部材の位置関係を分かり易くするために、押圧ユニット１８のベース部１８ｂを図示しているが、押し子部１８ａの図示は省略している。

上述の実施形態では、貫通孔内に溶接部が形成されている溶接継手において改善装置を用いる場合について説明した。しかしながら、本実施形態にかかる改善装置は、接合部材を貫通していていない孔内に溶接部が形成された溶接継手においても、疲労強度を改善するために用いることができる。例えば、当初は溶接継手において接合部材の板厚方向に貫通する孔が形成されていたが、他の構造物によってその孔の一端側が塞がれた場合でも、その孔内に形成されている溶接部の溶接止端部の疲労強度を、改善装置を用いて改善することができる。なお、接合部材を貫通していない孔内に溶接部が形成された溶接継手において改善装置を用いる場合には、孔の深い場所に位置している溶接止端部を押すことができる形状の押し子部を用いることが好ましい。孔が深い場合でも、疲労き裂の起点が孔の深い場所に位置している溶接止端部でない場合（すなわち、孔の深い場所に位置している溶接止端部に圧縮残留応力を付与しなくてもよい場合）には、種々の形状の押し子部を利用することができる。なお、孔内の全ての溶接止端部に圧縮残留応力を付与しやすいため、溶接部が形成されている孔は貫通孔であることが好ましい。

上述の実施形態では、改善装置が、溶接継手の孔内に配置可能な保持部を有する駆動力伝達部を備える場合について説明したが、駆動力伝達部の構成は上述の例に限定されない。図９は、本発明の他の実施形態に係る疲労強度改善装置を示す図である。

図９を参照して、本実施形態に係る疲労強度改善装置２００（以下、改善装置２００と略記する。）は、本体部２２０および駆動源２４０を備えている。本体部２２０は、駆動力伝達部２６０と、上述の押圧ユニット１８と、上述の支持ユニット２０とを備えている。なお、改善装置２００のうち押圧ユニット１８および支持ユニット２０以外の構成については、公知の油圧ジャッキの構成を利用できるので、以下においては、改善装置２００の構成を簡単に説明する。

本実施形態では、駆動源２４０として、例えば、手動ポンプが用いられる。なお、詳細な説明は省略するが、駆動源が電動ポンプであってもよい。駆動力伝達部２６０は、保持部２６０ａ、ベース部２６０ｂ、ピストン（ラム）２６０ｃ、アーム部２６０ｄ、および爪部２６０ｅを含む。保持部２６０ａは、第１方向に進退可能にピストン２６０ｃを保持する。本実施形態では、保持部２６０ａおよびピストン２６０ｃとして、ラムシリンダが用いられる。

駆動源２４０および保持部２６０ａは、ベース部２６０ｂに支持されている。ベース部２６０ｂ内には、駆動源２４０と保持部２６０ａとを連通する流路が形成されている。駆動源２４０、ベース部２６０ｂの流路、および保持部２６０ａには、ピストン２６０ｃを第１方向に移動させるための流体（本実施形態ではオイル）が充填されている。

アーム部２６０ｄはＬ字形状を有し、第２方向に延びかつピストン２６０ｃに取り付けられる第１アーム部２６１と、第１アーム部２６１の第２方向における一端からベース部２６０ｂ側に向かって第１方向に延びる第２アーム部２６２とを含む。爪部２６０ｅは、第２アーム部２６２のベース部２６０ｂ側の端部に固定される。爪部２６０ｅは、第２アーム部２６２の上記端部から、第２方向において保持部２６０ａから離れる方向に延びている。

本実施形態では、爪部２６０ｅに押圧ユニット１８が固定され、ベース部２６０ｂに支持ユニット２０が固定されている。具体的には、押し子部１８ａが爪部２６０ｅに対してベース部２６０ｂとは反対側に向かって凸となるように、爪部２６０ｅに押圧ユニット１８が固定されている。また、支持部２０ａがベース部２６０ｂに対して爪部２６０ｅとは反対側に向かって凸となるように、ベース部２６０ｂに支持ユニット２０が固定されている。本実施形態においても、上述の実施形態と同様に、押し子部１８ａおよび支持部２０ａを第１方向に見た場合に、押し子部１８ａおよび支持部２０ａが互いに重なる位置に位置付けられるように、押圧ユニット１８および支持ユニット２０が設けられている。言い換えると、押し子部１８ａおよび支持部２０ａを第１方向に投影して得られる投影図において、押し子部１８ａおよび支持部２０ａが重なるように、押圧ユニット１８および支持ユニット２０が設けられている。

本実施形態では、駆動源２４０によって発生された油圧が、ベース部２６０ｂ内および保持部２６０ａ内のオイルを介してピストン２６０ｃに伝達され、ピストン２６０ｃが、保持部２６０ａから突出するように第１方向に移動する。これにより、アーム部２６０ｄおよび爪部２６０ｅがベース部２６０ｂから離れるように第１方向に移動する。その結果、押し子部１８ａが、支持部２０ａから相対的に離れるように第１方向に移動する。このように、本実施形態では、駆動源２４０によって発生される油圧が、ピストン２６０ｃおよび押圧ユニット１８を移動させるための駆動力として用いられる。

本実施形態に係る改善装置２００を用いる場合には、押圧ユニット１８および支持ユニット２０が溶接継手の孔（スカラップ）内に挿入される。その状態で、押し子部１８ａおよび支持部２０ａを第１方向において相対的に離れる方向に移動させることによって、上述の改善装置１０と同様に、孔内に形成された溶接部の溶接止端部の疲労強度を適切に改善することができる。また、本実施形態では、保持部２６０ａを溶接継手の孔の外に配置した状態で、押し子部１８ａによって、孔の内面を押すことができる。このため、保持部２６０ａの寸法を、孔内に挿入可能な大きさに制限する必要がない。これにより、保持部２６０ａにおいて大きな力でピストン２６０ｃを押すことが可能になり、押し子部１８ａが孔の内面を押す力を十分に大きくすることが可能になる。

また、上述の実施形態では、疲労強度改善装置１０の本体部１２として油圧ジャッキを用いる場合について説明したが、疲労強度改善装置の構成は上述の例に限定されない。例えば、駆動力伝達部が、オイル以外の非圧縮性流体によって駆動力を伝達してもよい。また、例えば、駆動力伝達部内に駆動源としてのモータが収容され、モータによって発生される駆動力が、複数のギア等によって押し子部１８ａに伝達されてもよい。

図１０は、油圧ジャッキを用いていない疲労強度改善装置の一例を示す概略図であり、図１０（ａ）は疲労強度改善装置の側面図、図１０（ｂ）は疲労強度改善装置の内部構造を示す一部断面図である。

図１０を参照して、本実施形態に係る疲労強度改善装置３００（以下、改善装置３００と略記する。）は、駆動力伝達部３６０と、上述の押圧ユニット１８と、上述の支持ユニット２０とを備えている。

駆動力伝達部３６０は、移動ユニット３６２と回転部材３６４とを備えている。移動ユニット３６２の内部には、テーパー状の空洞部が形成されている。移動ユニット３６２の内面には、ねじ溝が形成されている。第１方向において、押圧ユニット１８は、移動ユニット３６２の一方側の端部に固定され、支持ユニット２０は、移動ユニット３６２の他方側の端部に固定されている。本実施形態では、移動ユニット３６２は、第１方向において２分割された構成を有し、第１部材６２ａおよび第２部材６２ｂを有している。本実施形態では、第１部材６２ａに押圧ユニット１８が固定され、第２部材６２ｂに支持ユニット２０が固定されている。

本実施形態では、第１部材６２ａは、側面視において第１方向の一方側に向かって凹む凹部６２１を有している。第２部材６２ｂは、側面視において第１方向の一方側に向かって突出し、かつ凹部６２１に嵌る凸部６２２を有している。本実施形態では、第１部材６２ａと第２部材６２ｂとは、第１方向において相対的に移動可能に、互いに組み合わされている。

回転部材３６４は、頭部６４ａと、頭部６４ａから第２方向に延びるねじ部６４ｂとを備えている。頭部６４ａは、第２方向に直交する断面において、多角形状を有している。ねじ部６４ｂは、第２方向において頭部６４ａから離れるほど細くなるように、テーパー形状を有している。本実施形態では、ねじ部６４ｂのねじ山が移動ユニット３６２の内面のねじ溝にねじ込まれるように、移動ユニット３６２に回転部材３６４が挿入されている。

本実施形態では、頭部６４ａを回転させることによって、ねじ部６４ｂが回転し、第１部材６２ａと第２部材６２ｂとが、第１方向において相対的に離れる方向または近付く方向に移動する。これにより、押し子部１８ａと支持部２０ａとが、第１方向において相対的に離れるように、または近付くように移動する。本実施形態では、作業者が工具を用いて頭部６４ａを回転させることができる。なお、工具としては、通常のレンチの他、ラチェットレンチおよびインパクトレンチ等を用いることもできる。

本実施形態に係る改善装置３００を用いる場合には、押圧ユニット１８、支持ユニット２０および駆動力伝達部３６０が溶接継手の孔（スカラップ）内に挿入される。その状態で、押し子部１８ａおよび支持部２０ａを第１方向において相対的に離れる方向に移動させることによって、上述の改善装置１０，２００と同様に、孔内に形成された溶接部の溶接止端部の疲労強度を適切に改善することができる。

また、本実施形態では、駆動力伝達部３６０は、油圧を用いることなく、機械的な構造によって、頭部６４ａの回転力（駆動力）を、第１方向の力として、押し子部１８ａおよび支持部２０ａに伝達することができる。このように、本実施形態では、駆動力を押し子部１８ａおよび支持部２０ａに伝達するための流体が不要となるので、改善装置３００の小型化が容易になる。

なお、詳細な説明は省略するが、図１１に示す疲労強度改善装置３００ａ（以下、改善装置３００ａと略記する。）のように、回転部材３６４の代わりに楔３６６を用いてもよい。この場合、図示しない槌等の工具によって楔３６６を打ち付けることによって、押し子部１８ａおよび支持部２０ａを移動させることができる。

図１２は、油圧ジャッキを用いていない疲労強度改善装置のその他の例を示す概略図であり、図１２（ａ）は疲労強度改善装置の側面図、図１２（ｂ）は疲労強度改善装置の内部構造を示す一部断面図である。

図１２を参照して、本実施形態に係る疲労強度改善装置４００（以下、改善装置４００と略記する。）は、駆動力伝達部４１０と、上述の押圧ユニット１８と、上述の支持ユニット２０とを備えている。

駆動力伝達部４１０は、第１移動ユニット４１２と、第２移動ユニット４１４と、回転部材４１６とを備えている。第１移動ユニット４１２の内部には、互いに連通するテーパー状の空洞部４１２ａ，４１２ｂが形成されている。空洞部４１２ａ，４１２ｂは、第２方向において第１移動ユニット４１２を貫通するように形成されている。本実施形態では、空洞部４１２ａ，４１２ｂはそれぞれ、第２方向における第１移動ユニット４１２の中心に近付くほど直径が小さくなるように、円錐台形状を有している。

第１方向において、押圧ユニット１８は、第１移動ユニット４１２の一方側の端部に固定され、支持ユニット２０は、第１移動ユニット４１２の他方側の端部に固定されている。本実施形態では、第１移動ユニット４１２は、第１方向において２分割された構成を有し、第１部材１２１および第２部材１２２を有している。本実施形態では、第１部材１２１に押圧ユニット１８が固定され、第２部材１２２に支持ユニット２０が固定されている。

本実施形態においても、第１部材１２１は、第１部材６２ａ（図１０参照）と同様に、側面視において第１方向の一方側に向かって凹む凹部１２１ａを有している。また、第２部材１２２は、第２部材６２ｂ（図１０参照）と同様に、側面視において第１方向の一方側に向かって突出し、かつ凹部１２１ａに嵌る凸部１２２ａを有している。本実施形態においても、第１部材１２１と第２部材１２２とは、第１方向において相対的に移動可能に、互いに組み合わされている。

第２移動ユニット４１４は、第１挿入部材１４１および第２挿入部材１４２を有している。第１挿入部材１４１および第２挿入部材１４２はそれぞれ、円錐台形状を有している。第１挿入部材１４１は、ねじ孔１４１ａを有している。ねじ孔１４１ａは、第１挿入部材１４１の軸方向に延びて第１挿入部材１４１を貫通するように形成されている。第１挿入部材１４１は、第１移動ユニット４１２の空洞部４１２ａに挿入されている。第２挿入部材１４２は、貫通孔１４２ａを有している。貫通孔１４２ａは、第２挿入部材１４２の軸方向に延びて第２挿入部材１４２を貫通するように形成されている。第２挿入部材１４１は、第１移動ユニット４１２の空洞部４１２ｂに挿入されている。

本実施形態では、回転部材４１６は、頭部４１６ａ、円筒部４１６ｂおよびねじ部４１６ｃを有するねじである。本実施形態では、ねじ部４１６ｃがねじ孔１４１ａにねじ込まれ、かつ頭部４１６ａが第２挿入部材１４２に接触するように、回転部材４１６が第１挿入部材１４１および第２挿入部材１４２に差し込まれている。

本実施形態では、頭部４１６ａを回転させることによって、ねじ部４１６ｃが回転し、第１挿入部材１４１が、第２方向において頭部４１６ａに近付くように、または離れるように移動する。これにより、第１挿入部材１４１および第２挿入部材１４２が、第２方向において第１移動ユニット４１２の中心に近付くように、または中心から離れるように移動する。第１挿入部材１４１および第２挿入部材１４２のこのような動作に従って、第１部材１２１と第２部材１２２とが、第１方向において相対的に離れる方向または近付く方向に移動する。これにより、押し子部１８ａと支持部２０ａとが、第１方向において相対的に離れるように、または近付くように移動する。本実施形態においても、上述の改善装置３００の場合と同様に、作業者が工具を用いて頭部４１６ａを回転させることができる。

本実施形態に係る改善装置４００を用いる場合には、押圧ユニット１８、支持ユニット２０および駆動力伝達部４１０が溶接継手の孔（スカラップ）内に挿入される。その状態で、押し子部１８ａおよび支持部２０ａを第１方向において相対的に離れる方向に移動させることによって、上述の改善装置１０，２００，３００と同様に、孔内に形成された溶接部の溶接止端部の疲労強度を適切に改善することができる。また、本実施形態においても、上述の改善装置３００の場合と同様に、駆動力を押し子部１８ａおよび支持部２０ａに伝達するための流体が不要となるので、改善装置４００の小型化が容易になる。

図１３は、油圧ジャッキを用いていない疲労強度改善装置のさらにその他の例を示す概略図である。図１３に示す疲労強度改善装置４００ａ（以下、改善装置４００ａと略記する。）では、第２挿入部材１４２の貫通孔１４２ａは、ねじ孔である。具体的には、第１挿入部材１４１の貫通孔１４１ａに形成されたねじ溝とは逆ねじになるように、貫通孔１４２ａにねじ溝が形成されている。また、改善装置４００ａでは、上述の改善装置４００の回転部材４１６の代わりに、回転部材（ねじ）４１７が設けられている。回転部材４１７が回転部材４１６と異なるのは、頭部４１６ａとねじ部４１６ｃとの間にさらにねじ部４１７ｂが設けられている点である。ねじ部４１７ｂにおいては、ねじ部４１６ｃに対して逆ねじになるように、ねじ山が形成されている。

本実施形態では、頭部４１６ａを回転させることによって、ねじ部４１６ｃ，４１７ｂが回転し、第１挿入部材１４１および第２挿入部材１４２が第２方向において互いに近付くように、または離れるように移動する。これにより、第１挿入部材１４１および第２挿入部材１４２が、第２方向において第１移動ユニット４１２の中心に近付くように、または中心から離れるように移動する。第１挿入部材１４１および第２挿入部材１４２のこのような動作に従って、第１部材１２１と第２部材１２２とが、第１方向において相対的に離れる方向または近付く方向に移動する。これにより、押し子部１８ａと支持部２０ａとが、第１方向において相対的に離れるように、または近付くように移動する。このような改善装置４００ａの動作により、上述の改善装置４００と同様の効果が得られる。また、本実施形態では、回転部材（ねじ）４１７の首への負担を低減することができる。

上述の実施形態では、図１に示したように、支持ユニット２０において、ベース部２０ｂから一方向（第１方向）に向かって突出するように支持部２０ａが設けられているが、支持ユニットの構成は上述の例に限定されない。例えば、図１４に示す改善装置１０ａのように、支持ユニット２０の代わりに支持ユニット２５０が設けられてもよい。なお、図１４に示す支持ユニット２５０が上述の支持ユニット２０と異なるのは、支持部２０ａの代わりに支持部２５を備えている点である。以下、支持部２５について簡単に説明する。

支持部２５は、第１支持部２５ａと第２支持部２５ｂとを有している。第１支持部２５ａは、上述の支持部２０ａと同様に、ベース部２０ｂから一方向（第１方向）に向かって突出するように設けられている。一方、第２支持部２５ｂは、第２方向から見て、第１支持部２５ａから上記一方向（第１方向）に対して交差する方向に突出するように設けられている。

支持ユニット２５０を備えた改善装置１０ａを用いる場合、例えば、図１５に示すように、貫通孔４０ａ内において、第１支持部２５ａおよび第２支持部２５ｂによって駆動力伝達部１６および押圧ユニット１８を支持することができる。すなわち、本実施形態では、支持部２５は、貫通孔４０ａ内の２箇所で溶接継手３０（本実施形態では、鋼床版）に接触することによって、駆動力伝達部１６および押圧ユニット１８を支持することができる。これにより、駆動力伝達部１６および押圧ユニット１８をより安定して支持することができる。なお、詳細な説明は省略するが、支持ユニットの形状は、貫通孔の形状に応じて適宜変更することができる。

本発明によれば、孔内に溶接部が形成された溶接継手の疲労強度を改善することができる。したがって、本発明は、船舶および橋梁等の構造物を構成する溶接継手の疲労強度を改善するために好適に利用することができる。

１０，１０ａ，２００，３００，３００ａ，４００，４００ａ 疲労強度改善装置
１２，２２０ 本体部
１４，２４０ 駆動源
１６，２６０，３６０，４１０ 駆動力伝達部
１８ 押圧ユニット
１８ａ 押し子部
２０ 支持ユニット
２０ａ 支持部
３０ 鋼床版

Claims (10)

1. 切欠き部を有しかつ金属からなる板状の接合部材を含む複数の金属部材を備えており、前記切欠き部によって前記接合部材の板厚方向に深さを有する孔が形成されるように前記複数の金属部材が溶接されており、かつ、少なくとも２つの前記金属部材を接合する溶接部が前記孔内に形成されている溶接継手において、前記孔内に形成された前記溶接部の溶接止端部の疲労強度を改善するための疲労強度改善装置であって、
   押し子部と、支持部と、前記押し子部および前記支持部のうちの少なくとも一方に駆動力を伝達する駆動力伝達部とを備え、
   前記駆動力伝達部は、前記押し子部と前記支持部とが、前記駆動力によって第１方向において相対的に離れるように移動するように、前記押し子部および前記支持部を保持し、
   前記孔内において、前記駆動力によって前記押し子部および前記支持部が前記第１方向に相対的に移動することによって、前記押し子部および前記支持部がそれぞれ前記孔の内面に接触しかつ前記孔の内面を押す、疲労強度改善装置。
2. 前記駆動力伝達部は、前記第１方向において前記押し子部と前記支持部との間に配置される、請求項１に記載の疲労強度改善装置。
3. 前記第１方向に直交する第２方向における前記押し子部の長さは、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向における前記押し子部の長さよりも長い、請求項１または２に記載の疲労強度改善装置。
4. 前記押し子部および前記支持部を前記第１方向に投影した場合に、前記押し子部および前記支持部が重なり、
   前記押し子部の外面は、前記第２方向に直交する断面において、前記支持部とは反対側に向かって凸となりかつ円弧状に湾曲する湾曲面を有する、請求項３に記載の疲労強度改善装置。
5. 前記押し子部の前記湾曲面は、前記第３方向に直交する断面において、前記支持部とは反対側に向かって凸となりかつ円弧状に湾曲し、
   前記第３方向に直交する断面における前記湾曲面の曲率半径は、前記第２方向に直交する断面における前記湾曲面の曲率半径の５倍以上１００倍以下である、請求項４に記載の疲労強度改善装置。
6. 前記押し子部および前記支持部を前記第１方向に投影した場合に、前記押し子部および前記支持部が重なり、
   前記支持部の外面は、前記第２方向に直交する断面において、前記押し子部とは反対側に向かって凸となりかつ円弧状に湾曲する湾曲面を有する、請求項３から５のいずれかに記載の疲労強度改善装置。
7. 前記支持部の前記湾曲面は、前記第３方向に直交する断面において前記第２方向に直線状に延びる、請求項６に記載の疲労強度改善装置。
8. 前記第１方向に直交する第２方向において、前記支持部の長さは、前記押し子部の長さよりも長い、請求項１から７のいずれかに記載の疲労強度改善装置。
9. 前記駆動力伝達部は、流体によって前記押し子部および前記支持部のうちの少なくとも一方を前記第１方向に移動させ、
   前記第１方向に直交する第２方向における前記駆動力伝達部の長さは、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向における前記駆動力伝達部の長さの４倍以上である、請求項１から８のいずれかに記載の疲労強度改善装置。
10. 切欠き部を有しかつ金属からなる板状の接合部材を含む複数の金属部材を備えており、前記切欠き部によって前記接合部材の板厚方向に深さを有する孔が形成されるように前記複数の金属部材が溶接されており、かつ、少なくとも２つの前記金属部材を接合する溶接部が前記孔内に形成されている溶接継手において、前記孔内に形成された前記溶接部の溶接止端部の疲労強度を改善する方法であって、
    前記孔内に、請求項１から９のいずれかに記載の疲労強度改善装置の前記押し子部および前記支持部を配置し、前記駆動力伝達部から前記押し子部および前記支持部のうちの少なくとも一方に駆動力を伝達することによって、前記押し子部と前記支持部とを前記第１方向において相対的に離れるように移動させ、前記押し子部によって前記孔内に形成された前記溶接部の溶接止端部を押す、工程を含む、疲労強度改善方法。

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