JP7277739B2 - ピーニングシステムおよびピーニング方法 - Google Patents

Description

本発明は、ピーニングシステムおよびピーニング方法に関する。

例えば、鋼橋などの鋼構造物の現場では、溶接部の疲労寿命改善を目的としてピーニング装置を用いた処理が行われている（例えば、非特許文献１参照）。ピーニング装置は、硬質のピンの振動を用いて溶接部を連続的かつ高速に打撃して、溶接部の疲労強度を向上させる装置である。ピーニング装置としては、超音波振動を用いてピンを振動させる超音波打撃処理（ＵＩＴ，Ultrasonic Impact Treatment）や、圧縮空気を用いてピンを振動させるエアー式ニードルピーニング（ＰＰＰ，Portable Pneumatic needle-Peening）などが知られている。

柿木啓、他５名、「ピーニング系工法を用いた予防保全対策の施工性検証」、土木学会第73回年次学術講演会、平成30年8月、VI-278、p.555－p.556

ところで、ピーニング装置のハンドツールの重量は数ｋｇのものがあり、作業員が例えば鋼橋の鋼床版の裏面に溶接されたリブの上端部など、下方を向く面に形成された溶接部に対して上向きで作業を行う場合は、作業員の肉体的負担が大きいという課題がある。また、プレートガーダーのウエブに溶接されたガセット類の溶接部など、側方を向く面に形成された溶接部に対して横向きで作業する場合も、作業時間が長くなれば作業員の肉体的疲労の蓄積は無視できない。

そこで、本発明は、ピーニング装置を用いて下方を向く面や側方を向く面に形成された溶接部に対して作業を行う場合において作業者の肉体的負担を軽減することができるピーニングシステムおよびピーニング方法を提供することを目的とする。

本発明のある観点によれば、ピーニングシステムは、ピーニング装置と、前記ピーニング装置に連結されたワイヤと、前記鋼構造物の取り付け面に磁力により取り付けられる磁石装置と、前記磁石装置により支持され、前記ワイヤに力を加えることで前記ピーニング装置を前記取り付け面に向かって付勢する加力装置と、を備える。

前記ピーニングシステムは、前記加力装置から引き出された前記ワイヤが掛け回され、前記ワイヤの延びる方向を転換する方向転換機構と、を有してもよい。

前記ピーニングシステムにおいて、前記ワイヤは、前記取り付け面に沿う方向に引き出されてもよい。

上記のピーニングシステムにおいて、前記方向転換機構は、円筒状の外周面を有し、前記ワイヤは、前記外周面に掛け回されていてよい。

上記のピーニングシステムにおいて、前記ピーニング装置は、超音波振動により打撃を行う超音波打撃装置であってもよい。

本発明の別の観点によれば、ピーニング方法は、上記いずれかのピーニングシステムを用いてピーニング処理を施す。

上記の構成によれば、ピーニング装置がワイヤを介して取り付け面に向かって付勢されるため、作業者が負担するピーニング装置の荷重が低減され、それによって作業者の負担を軽減することができる。
また、磁力を用いた磁石装置を用いることにより、加力装置を鋼構造物に容易に取り付けることができる。

本発明の実施形態に係るピーニングシステムの側面図である。 図１のII－II線矢視図である。 本発明の実施形態に係るピーニング装置の概略的な構成例を示す図である。 ピーニングシステムを鋼床版の裏面と鉛直リブとの間の溶接部に適用した場合の側面図である。 ピーニングシステムをプレートガーダーのウエブに溶接されたガセット類の溶接部に適用した場合の側面図である。 ピーニングシステムをプレートガーダーのウエブに溶接されたガセット類の溶接部に適用した場合の別の形態の側面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１および図２は、本発明の実施形態に係るピーニングシステムの概略的な構成を示す図である。図１は側面図であり、図２は図１のII－II線矢視図である。図１および図２に示されるように、ピーニングシステム１は、ピーニング装置２と、ピーニング装置２に連結されたワイヤ３と、鋼床版１０（鋼構造物）の裏面１１（下方を向く取り付け面）に磁力により取り付けられる磁石装置４と、磁石装置４によって支持された加力装置５と、ワイヤ３の方向転換機構であるローラー７と、を有する。ピーニング装置２は、後述するように鋼床版１０の裏面１１に形成された溶接部１３を打撃することが可能な装置である。本実施形態のピーニングシステム１では、重量物であるピーニング装置２を、鋼床版１０の裏面１１に対する磁石装置４の磁着力、および磁石装置４に連結された加力装置５がワイヤ３に発生させる付勢力を利用して支持する。

磁石装置４は、磁石装置本体４１と、磁力のＯＮ／ＯＦＦを行うレバー４２とを有する。磁石装置本体４１には、例えばネオジム磁石などの永久磁石が内蔵されている。磁石装置４は、永久磁石の磁力により、鋼床版１０の裏面１１に吸着面４３を介して取り付けられる。磁石装置４と加力装置５とは、連結部材６により連結されている。加力装置５は、鋼床版１０の裏面１１に取り付けられた磁石装置４に支持されることによって、裏面１１の近傍に配置される。
磁力を用いた磁石装置４を用いる場合、加力装置５を鋼床版１０に容易に取り付けることができる。なお、磁石装置４としては、永久磁石を内蔵したものに限ることはなく、例えば、電磁石を用いた磁石装置を使用することもできる。本実施形態では、磁石装置４の磁石として永久磁石を用いたことによって、例えば電磁石を利用するのと比較して、装置を小型化、軽量化することができる。

加力装置５は、ワイヤ３に力を加えることによりピーニング装置２（ハンドツール２１）を上方、すなわち鋼床版１０の裏面１１に向かって付勢する装置である。本実施形態の加力装置５は、ケーシング５１と、ケーシング５１内に配置された弾性部材５２（渦巻きバネなど）とを有し、ワイヤ３を巻き取ることによりワイヤ３に力を加える。ワイヤ３は弾性部材５２に連結されており、加力装置５は、弾性部材５２の弾性を利用してワイヤ３を巻き取る。このとき、ワイヤ３には上向きの付勢力が生じる。加力装置５は、弾性部材５２によるワイヤ３の巻き取りの強さ、すなわち付勢力の大きさを調整することが可能であってもよい。ケーシング５１は例えば箱形状をなしており、側面５３と、上面５４と、下面５５と、を有する。ワイヤ３は、ケーシング５１の側面５３に設けられた開口５６から引き出されている。図示されているように、ケーシング５１の上面５４が鋼床版１０の裏面１１に接するため、ワイヤ３はケーシング５１の側面５３から鋼床版１０の裏面１１に沿うように（略水平方向に）、磁石装置４に向かう方向に引き出されることになる。

図示された例において、ローラー７は、磁石装置４と加力装置５との間に配置される。すなわち、本実施形態のピーニングシステム１では、磁石装置４、ローラー７、および加力装置５は、裏面１１（取り付け面）に沿って磁石装置４、ローラー７、加力装置５の順で配置されている。
ローラー７は、円筒状の外周面を有し、回転軸７１に回転自在に支持されている。回転軸７１は、その一端が連結部材６に固定されている。回転軸７１は、磁石装置４および加力装置５が鋼床版１０の裏面１１に取り付けられた場合に、加力装置５から引き出されたワイヤ３が延びる方向と交差し、かつ、鋼床版１０の裏面１１に沿う方向に回転軸７１の軸線Ａが延びるように配置されている。ローラー７は、その外周面の上端の高さがワイヤ３用の開口５６の高さと同じになるように配置されている。加力装置５から鋼床版１０の裏面１１に沿う方向に引き出されたワイヤ３は、ローラー７に掛け回されることによって下向きに向きを変えられる。従って、ローラー７はワイヤ３の方向転換機構として機能している。加力装置５およびローラー７を鋼床版１０の裏面１１に近い位置に配置することにより、例えばピーニング作業の作業スペースをより広く確保することができる。

ローラー７を用いてワイヤ３の延びる方向を転換することにより、例えば加力装置５から鋼床版１０の裏面１１に沿う方向にワイヤ３が引き出される場合においても、ワイヤ３に負担をかけることなくワイヤ３の延びる方向を下向きに転換することができる。本実施形態では、円筒状の外周面を有するローラー７を方向転換機構として用いることによって、例えば作業者によりワイヤ３が斜め方向に引っ張られた場合においても、ワイヤ３がローラー７の外周面を滑ることによって、その力を受け流すことができる。
また、ローラー７を磁石装置４と加力装置５との間に配置し、ワイヤ３の引っ張り力が作用する点を磁石装置４の近傍としたことによって、ピーニング装置２の重量により連結部材６を介して磁石装置４を引き剥がすように作用するモーメントを常に小さくすることができる。

以上で説明したような本発明の実施形態に係るピーニングシステムによれば、重量物であるピーニング装置２のハンドツール２１がワイヤ３を介して作業者の上方に配置された加力装置５によって鋼床版１０の裏面１１に向かって付勢されるため、作業者が負担するピーニング装置２の荷重が低減され、それによって作業者の負担を軽減することができる。

また、方向転換機構として機能するローラー７を用いることで、加力装置５から引き出されるワイヤ３の方向を取り付け面（本実施形態では裏面１１）から離れる方向ではなく、磁石装置４に向かう方向とすることができる。これにより、加力装置５を取り付け面に沿う配置（取り付け面からの厚みが最小となる配置）とすることが可能となり、ピーニング作業の作業スペースをより広く確保することができ、所定の長さを有するハンドツール２１の操作の自由度を確保することができる。
ワイヤ３が引き出される方向が磁石装置４に向かい、かつ、ローラー７（方向転換機構、ワイヤがかかる位置）が磁石装置４と加力装置５との間に配置されることによって、打撃処理を行う部位の形状や処理範囲に合わせた施工性の改善を行うことができる。

また、本実施形態のピーニングシステム１のうち、ピーニング装置２を除く構成、すなわち、磁石装置４、加力装置５、ローラー７、およびワイヤ３は、例えば、５ｋｇの付勢力を確保できる構成でありながら、総重量は２ｋｇ程度とすることができるため、作業者の持ち歩きの負担は小さい。

（ピーニング装置の構成）
図３は、本発明の実施形態のピーニング装置２の概略的な構成例を示す図である。図示された例において、ピーニング装置２は、超音波打撃処理（ＵＩＴ，Ultrasonic Impact Treatment）を行う超音波打撃装置である。
図３に示されるように、ピーニング装置２は、ハンドツール２１と、ハンドツール２１と電気的に接続されている電源装置２２とを有する。電源装置２２は床面などに載置される部位であり、ハンドツール２１は作業者に把持される部位である。ハンドツール２１の重量は３ｋｇ～４ｋｇ程度である。
電源装置２２は、ハンドツール２１内の超音波発振部２４（コイル２４２）に交流電流を供給する。

ハンドツール２１は、円筒形状のカバー部２３と、カバー部２３に内蔵された超音波発振部２４と、超音波発振部２４の振動により振動する導波部２５と、導波部２５の振動を吸収する緩衝部として機能するスプリング２６と、導波部２５の先端に設けられた打撃ピン２７とを有する。
導波部２５は、カバー部２３の内周面に沿う円柱形状の導波部本体２５１を有し、スプリング２６は、導波部本体２５１の外周面に沿うように配置されている。

超音波発振部２４は、振動部２４１と、振動部２４１に巻き付けられたコイル２４２とを有する。振動部２４１は、導波部２５の後端に接続されている。
カバー部２３には、グリップ２８を取り付けてもよい。また、カバー部２３内の超音波発振部２４を冷却するための冷却装置を設けてもよい。

ピーニング装置２では、超音波発振部２４にて発生する超音波振動により導波部２５および打撃ピン２７が振動する。振動する打撃ピン２７で対象物を打撃することができる。

また、ピーニング装置２のハンドツール２１にスプリング２６が内蔵されているため、作業時の反動を、スプリング２６の反発力（３ｋｇ程度）以下とすることができる。ただし、エアー式ニードルピーニング（ＰＰＰ）や、電動式のピーニング装置を用いた場合でも、より大きな巻き取り力で付勢することで、ハンドツールの自重のみならず、作業時の反動の軽減を実現することもできる。なお、ＰＰＰではハンドツールの重量は２ｋｇ程度であるが、作業時の反動はＵＩＴと比較してかなり大きい。

（ピーニングシステムを用いるピーニング方法）
次に、再び図１を参照して、本実施形態のピーニングシステム１を用いてピーニング処理を施すピーニング方法について説明する。
作業者は、鋼床版１０の裏面１１に磁石装置４および加力装置５を取り付ける。
次いで、加力装置５から引き出されたワイヤ３をローラー７に掛け回したうえで、ピーニング装置２のハンドツール２１に連結する。次いで、ハンドツール２１の重量に応じて、作業者にとってハンドツール２１が負担とならず、また、作業者の好みの巻き取り力となるように、加力装置５を調整する。

これにより、作業者は、図１および図３に示されるような鋼床版１０の裏面１１に設けられているＵリブ１２の上端部の溶接部１３に対しても作業性が向上し、軽い負荷で作業を行うことができる。

また、図４に示されるように、鋼床版１０の裏面１１と板状の鉛直リブ１２Ａとの間の溶接部１３Ａに関しても作業者の負担を軽減することができる。

また、図５に示されるように、プレートガーダーのウエブ１０Ｂに溶接されたガセット類１２Ｂの溶接部１３Ｂなど、側方を向く面に形成された溶接部に対して横向きで作業する場合も、作業者の負担を軽減することができる。すなわち、磁石装置４および加力装置５を側方を向く面に取り付けた場合でも、方向転換機能であるローラー７がワイヤ３の向きを転換することで、打撃処理にともなうワイヤ３の動きを阻害することがない。また、磁石装置４を取り付けた位置から引き剥がすように作用するするモーメントを小さくすることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、各種の変形例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１…ピーニングシステム、１０…鋼床版、１１…裏面（取り付け面）、１２…リブ、１３…溶接部、２…ピーニング装置、２１…ハンドツール、２２…電源装置、２３…カバー部、２４…超音波発振部、２４１…振動部、２４２…コイル、２５…導波部、２５１…導波部本体、２６…スプリング、２７…打撃ピン、２８…グリップ、３…ワイヤ、４…磁石装置、４１…磁石装置本体、４２…レバー、４３…吸着面、５…加力装置、５１…ケーシング、５２…弾性部材、５３…側面、５４…上面、５５…下面、５６…開口、６…連結部材、７…ローラー、７１…回転軸、Ａ…軸線。

Claims (6)

1. ピーニング装置と、
   前記ピーニング装置に連結されたワイヤと、
   鋼構造物の取り付け面に磁力により取り付けられる磁石装置と、
   前記磁石装置に連結部材により連結されることにより支持され、前記ワイヤに力を加えることで前記ピーニング装置を前記取り付け面に向かって付勢する加力装置と、
   前記連結部材に固定され、前記加力装置から前記取り付け面に沿う方向に引き出された前記ワイヤが掛け回され、前記ワイヤの延びる方向を前記取り付け面から離れる方向に転換する方向転換機構と、
   を備え、
   前記磁石装置、前記方向転換機構、および前記加力装置は、前記取り付け面に沿って前記磁石装置、前記方向転換機構、前記加力装置の順で配置されるピーニングシステム。
2. 前記方向転換機構は、円筒状の外周面を有し、
   前記ワイヤは、前記外周面に掛け回されている請求項１に記載のピーニングシステム。
3. 前記加力装置は、前記ワイヤを巻き取ることによって前記ワイヤに力を加える渦巻きバネを含む、請求項１または請求項２に記載のピーニングシステム。
4. 前記ピーニング装置は、超音波振動により打撃を行う超音波打撃装置である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のピーニングシステム。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のピーニングシステムを用いてピーニング処理を施すピーニング方法。
6. 前記ピーニングシステムを用いて前記取り付け面と前記取り付け面に設けられる部材との溶接部にピーニング処理を施し、
   前記磁石装置、前記方向転換機構、および前記加力装置は、前記溶接部から遠い方から前記磁石装置、前記方向転換機構、前記加力装置の順で配置される、請求項５に記載のピーニング方法。

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