(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
橋梁に用いられる床版として、鋼製のフラットなデッキプレートの下面に、縦リブの一種としてのUリブを配設して補強した鋼床版が知られている。
Uリブは、ボトムプレートとその両側から広がって立ち上がるサイドプレートとを有し、その長手方向に対して垂直な断面がほぼU字型の外観を呈している。
Uリブのサイドプレート上端部とデッキプレートの下面とは当接しており、この当接個所の外面側から溶接がおこなわれることで、鋼床版の長手方向に連続する溶接部(溶接ビード)が形成されている。
【0003】
ここでデッキプレートは、その上に車両が通行するため、車両の輪荷重により局部変形が生じるが、この局部変形にともなって、構造的に弱いデッキプレートとUリブとの接合個所である溶接部に応力が集中することになる。
そのため、当該溶接部を起点とした疲労亀裂が発生しやすく、このような疲労亀裂は、鋼床版の強度を低下させる結果となる。また、デッキプレートへの亀裂の進展にともなって舗装にひび割れが発生したり、路面が陥没したりして車両通行の障害にもなる。
【0004】
したがって、損傷した溶接部が発見された場合には、当該溶接部をUリブの一部も含めて除去(切開)し、新たに溶接をしなおす処置を早急におこなう必要がある。
しかし従来は、特許文献1に記載されているように、グラインダー等を用いて作業者が手作業で損傷した溶接部の除去をおこなっていた。
【0005】
そのため、溶接部の除去作業に要する時間や手間が非常に大きく、またグラインダー等が作業時の衝撃で溶接部から手前側にはね返るなどして、作業者が怪我をする危険があり、安全面にも問題があった。
さらに、手作業で溶接部を除去する際には、その除去量およびUリブの一部を含めた除去跡に形成される略三角形の開先形状を均一に整えるのが難しい。そしてこれらが不均一であると、後続の再溶接作業の際にデッキプレートとUリブとの溶接量を均一にするのが困難であり、部分的に溶接が不充分になる可能性が高かった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
そこで本発明の解決すべき課題は、鋼床版の溶接部の除去作業に要する時間や手間を低減すること、溶接部の除去作業時の安全性を向上させること、および溶接部の除去量や除去跡の開先形状をほぼ均一にすることである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記した課題を解決するため、本発明者らは、鋼床版の溶接部を自動的に除去可能な装置を新たに開発したのである。
具体的には、本発明の鋼床版の溶接部の除去装置を、頭部外周に前記鋼床版の溶接部を回転切削するための切削刃が形成されたスピンドルと、前記スピンドルを軸周りに回転駆動させる回転駆動機構と、前記スピンドルが搭載されるスライダと、前記スライダを前記搭載されたスピンドルの軸方向と略垂直な方向に沿ってスライド可能に支持するガイドレールと、前記スライダを前記ガイドレールに沿ってスライド駆動させるスライド駆動機構と、前記デッキプレートの下面および前記Uリブのサイドプレートに吸着することで、前記スピンドルの頭部が前記溶接部に近接しかつ前記スライダのスライド方向が前記溶接部の長手方向と一致するように前記鋼床版に対して位置決めするための吸着部と、前記ガイドレール、前記スライド駆動機構および前記吸着部が固定されるフレームと、を備える構成としたのである。
スピンドルの頭部外周に設けられた切削刃は、スピンドルの軸心に対して傾斜しているのが好ましい。
【0009】
また上記した課題を解決するため、本発明の鋼床版の溶接部の除去方法を次のとおりに構成したのである。
すなわち、まず前記鋼床版の溶接部の除去装置を、その吸着部を前記デッキプレートの下面および前記Uリブのサイドプレートに吸着させることにより、そのスピンドルの頭部が前記溶接部に近接しかつ前記スライダのスライド方向が前記溶接部の長手方向と一致するように前記鋼床版に対して位置決めする。
ついで前記回転駆動機構により前記スピンドルを軸周りに回転させつつ、前記スライド駆動機構により前記スライダを前記ガイドレールに沿ってスライドさせることで、前記鋼床版の溶接部の除去装置が対向する箇所における溶接部の除去作業をおこなう。
ついで前記吸着部の吸着を解除して、前記鋼床版の溶接部の除去装置の全体を前記鋼床版の長手方向に沿って移動させ、鋼床版の前記除去作業がおこなわれた溶接部とは異なる個所の溶接部に対向させる。
前記除去装置による溶接部の除去作業と、前記除去装置全体を除去作業が済んでいない溶接部へと移動させる作業を、この順に繰り返す。
【発明の効果】
【0010】
本発明の鋼床版の溶接部の除去装置を、その吸着部により、スピンドルの頭部が溶接部に近接しスライダのスライド方向が溶接部の長手方向と一致するように位置決めし、スピンドルを回転駆動させつつ溶接部に沿ってスライドさせてゆくことで、その回転切削により溶接部を自動的に除去することができる。
このように手作業によらず、装置を用いて自動的に除去作業をおこなうため、手間や時間がかからない。また作業者は装置を作業地点から遠隔した状態で操作することで、安全性も確保できる。
【0011】
溶接部に対するスピンドルの切削刃の距離がほぼ一定であるため、溶接部の除去量およびその開先形状をほぼ均一にすることができる。
【0012】
対向個所における溶接部の除去作業と、溶接部の除去装置全体の除去前の溶接部への移送を繰り返すことで、作業をより簡易かつスピーディにおこなうことができる。
【0013】
スピンドルの頭部外周に設けられた切削刃を、軸心に対して傾斜させておくと、溶接部の除去跡にできる開先形状の開き角度が、切削刃の傾斜角度に対応したものとなる。
切削刃の傾斜角度を適宜調整することで、開先形状を所望の形状とすることができる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図1および
図2に示す実施形態の鋼床版の溶接部の除去装置10(以下、溶接部の除去装置10)は、鋼床版20のデッキプレート21下面とUリブ22のサイドプレート22b上端とが当接する個所を接合する溶接部23(溶接ビード)が亀裂が入るなどして損傷している場合に、溶接をやり直すために除去するための装置である。
従来はグラインダー等を用いて作業者が手作業により溶接部23を除去していたものを、この溶接部の除去装置10を用いて自動的に除去することを実現したため、手間や時間を削減でき、安全性が向上している。
【0016】
図1および
図2のように、溶接部の除去装置10は、溶接部23を切削するためのスピンドル11と、スピンドル11を回転駆動させる第1のモータ12と、スピンドル11を搭載するスライダ13と、スライダ13をスライド可能に支持するガイドレール14と、を備える。
さらに、スライダ13をスライド駆動させるボールねじ機構と、鋼床版20に吸着する吸着部としての磁石部16、17と、ガイドレール14等が固定されるフレーム18と、を備える。
【0017】
詳しくは、スピンドル11は、回転駆動機構としての第1のモータ12の回転軸に設けられたチャック12aに着脱可能に固定され、その軸周りに回転駆動可能となっている。
スピンドル11の頭部は、その外周のみに回転切削用の切削刃11aが取り付けられており、これにより頭部の外周面が切削機能を奏するようになっている。
切削刃11a(の外縁)は、
図3のように、スピンドル11の軸心に対し、先端に向って下り勾配に一定角度傾斜している。
なお、各図面では切削刃11aをあくまでも模式的に表現しているに過ぎず、切削刃11aを頭部外周の全周に設けたり、部分的に設けたり、様々な態様が考えられる。ここでいう切削刃11aは、刃が断続的に形成されているもののみならず、砥石のように刃(切削機能を奏する箇所)が連続的に形成されているものも含まれる。
一方、スピンドル11の頭部の頂面(天面)には、切削刃は設けられておらず、頂面と切削対象物との当接個所では、切削機能は奏されないようになっている。
【0018】
スピンドル11が連結された第1のモータ12は、平坦な内ブラケット12bおよびL字型に屈曲した外ブラケット12cを介して台状のスライダ13に搭載されている。
第1のモータ12は、内ブラケット12bに対して、ねじ止め、溶接等の公知の手段により移動不能に固定されている。
そして内ブラケット12bは、外ブラケット12cの内面に重ね合わされており、外ブラケット12cは、その外面がスライダ13の表面に重ね合わされている。
内ブラケット12bと外ブラケット12c、および外ブラケット12cとスライダ13は、それぞれ互いに面接触した状態で公知の手段により縦方向または横方向に微少動可能に固定されている。
このような固定方法の一例として、
図2では、スライダ13にねじ込まれたボルト12dを外ブラケット12cに形成された縦長の縦孔12eに挿通させることで、外ブラケット12cをスライダ13に対して、縦方向に微少動可能に固定されている。
これと同様に、内ブラケット12bも外ブラケット12cに対して、横孔とこれを挿通するボルトにより、横方向に微少動可能に固定されているものとする。
【0019】
さらに
図2のように、スライダ13には、縦調整ねじ13aおよび横調整ねじ13bが回転可能に支持されている。
その縦調整ねじ13aの先端部は外ブラケット12cのスライドと重なり合う個所において縦方向に、その横調整ねじ13bの先端部は内ブラケット12bに対して横方向に、それぞれねじ合わせられている。
したがって、縦調整ねじ13aをその後端のグリップ個所を握って回転させると、外ブラケット12cはスライダ13の表面に沿って縦方向(スピンドル11の軸方向)にねじ送りされる。
同様に、横調整ねじ13bをその後端部のグリップ個所を握って回転させると、内ブラケット12bは外ブラケット12cの内面にそって横方向(スピンドル11の軸方向に垂直な方向)にねじ送りされる。
ここで第1のモータ12およびスピンドル11は、内ブラケット12bに固定されているため、縦横の調整ねじ13a、13bによる内ブラケット12bおよび外ブラケット12cのねじ送りによって、スライダ13に対するスピンドル11の位置を縦方向および横方向に微調整可能となっている。
【0020】
さらにスライダ13の裏面には、ガイドブロック13cが上下二列に固定されている。ガイドブロック13cは裏面の中央に凹部を有し、全体として断面がコの字型の外観を呈している。
また、スライダ13の裏面の上下一対のガイドブロック13cの間には、ボールねじ機構と図示省略のボール(鋼球)を介して結合されるねじ筒部13dが固定されている。
【0021】
図1のように、吸着部としての磁石部16、17、ガイドレール14等が固定されるフレーム18は、略矩形の背板18aと、背板18aの左右に連設されるそれぞれ略台形の側板18bと、背板18aの下方に連設される略矩形の底板18cと、からなる。
図示のように、背板18aの中央上部および底板18cの中央部全体は、矩形に大きく切り欠かれている。
【0022】
ガイドレール14は、フレーム18の背板18aに上下二列に固定され、左右の側板18bの間に延びている。
ガイドレール14の表面には、凸条14aが形成されており、ここにスライダ13の裏面のガイドブロック13cの凹部がはまり込むことで、スライダ13はガイドレール14に対し、ガイドレール14の長手方向に沿ってスライド可能に支持される。
ここでスライダ13のスライド方向は、スピンドル11の軸方向に対してほぼ垂直となっているものとする。
さらに上下のガイドレール14の間には、ボールねじ機構の一部となるねじ軸15が配置されており、このねじ軸15はスライダ13の裏面のねじ筒部13dとボールを介してねじ合わされている。
ねじ軸15は、その両端部がそれぞれ左右の側板18bに設けられた軸受部15aで回転可能に支持されており、その一端は、側板18bに取り付けられた第2のモータ15bの回転軸に連結されることで、軸周りに回転可能となっている。
ねじ軸15が正逆回転することで、スライド駆動機構としてのボールねじ機構として作用し、ねじ筒部13dを介してスライダ13(およびこれに搭載されたスピンドル11)はガイドレール14に沿って往復方向にスライド移動できるようになっている。
【0023】
さらにフレーム18の左右の側板18bには、それぞれ傾斜する外向きのフランジ18dが設けられており、各フランジ18dには、ブロック型のUリブ用磁石部16が固定されている。なお、フランジ18dの傾斜角度は、Uリブ22のサイドプレート22bの傾斜角度とほぼ等しくなっている。
また、フレーム18の背板18aの裏面の上部左右個所にも、それぞれデッキ用磁石部17が固定されている。
これらの磁石部16、17は公知の電磁石から構成されており、その励磁状態および消磁状態を切り替え自在となっている。
したがって、各磁石部16、17を励磁状態としてデッキプレート21やUリブ22に吸着させることで、溶接部の除去装置10を鋼床版20に取り付けることが可能であり、また各磁石部16、17を消磁状態とすることで、溶接部の除去装置10を鋼床版20から取り外すことが可能である。
ここで溶接部の除去装置10は、Uリブ用磁石部16をUリブ22のサイドプレート22bに吸着させ、デッキ用磁石部17をデッキプレート21に吸着させた状態で、スピンドル11の頭部が溶接部23に近接するように、構成要素相互の位置関係、寸法等が調整されているものとする。同様に、スライダ13のスライド方向が溶接部23の長手方向とほぼ一致するように、構成要素相互の位置関係、寸法等が調整されているものとする。
【0024】
なおフレーム18の背板18aには、左右方向に延びる長孔18eが形成されており、スライダ13に支持されている横調整ねじ13bの後端部はこの長孔18eを挿通している。したがって、フレーム18の背板18aの裏面から、横調整ねじ13bを回転操作できるようになっている。
【0025】
溶接部の除去装置10の構成は以上のようであり、次にこの溶接部の除去装置10を用いた鋼床版20の溶接部23の除去方法について説明する。
【0026】
まず鋼床版20の下方に図示省略の作業用の足場を組み上げ、その上に図中鎖線で示すような公知の昇降バー30を並列して設置する。昇降バー30の並列の方向は、鋼床版20の長手方向にほぼ一致しているものとする。また、昇降バー30の長手方向の両端部には、フック係合部31が設けられている。
【0027】
一方、鋼床版20の幅方向に並列する各Uリブ22のボトムプレート22aには、図中鎖線で示すような公知のチェーンブロック40が、その磁石部41の吸着作用により取り付けられている。
ここから垂れ下げられたチェーンブロック40のフック42は、昇降バー30のフック係合部31に引っ掛けられており、チェーン43の巻上げにより昇降バー30を上昇させられるようになっている。
並列する昇降バー30の上面には、図中鎖線で示すようなベルトコンベア等の公知の搬送機構50が配設されており、ここに溶接部の除去装置10が載置されている。
搬送機構50は、溶接部の除去装置10を昇降バー30の並列方向に沿って搬送できるようになっている。
【0028】
いま、チェーンブロック40のチェーン43の巻上げにより昇降バー30上の溶接部の除去装置10を上昇させる。
そして
図2のように、そのフレーム18の傾斜するフランジ18dに固定されたUリブ用磁石部16をUリブ22のサイドプレート22bに吸着させ、そのフレーム18の背板18aの左右上部に固定されたデッキ用磁石部17をデッキプレート21に吸着させる。
この状態で溶接部の除去装置10は、そのスピンドル11の頭部が鋼床版20の溶接部23に近接(接触)し、かつスライダ13のスライド方向が溶接部23の長手方向とほぼ一致するようにおおよそ位置決めされる。
なお位置の微調整については、縦調整ねじ13aおよび横調整ねじ13bによりおこなうものとする。
【0029】
この状態から、スピンドル11を回転させつつスライダ13をスライドさせてゆくと、溶接部23はスピンドル11の当部外周に設けられた切削刃11aにより順次回転切削されてゆくことになる。
ここで
図3のように、溶接部23の除去跡にできる略三角形の開先形状の開き角度は、切削刃11aの傾斜角度に対応したものとなる。
したがって、切削刃11aの傾斜角度が異なるスピンドル11を複数準備し、これを状況に応じて交換して使用することで、所望の開き角度の開先形状を自由に形成することができる。
この場合に、
図2のように、スピンドル11の頭部頂面がデッキプレート21の下面に接触していたとしても、その頭部頂面には切削刃が存在しないため、デッキプレート21が切削されて損傷してしまうおそれはない。
スライダ13を往復移動させることで、溶接部の除去装置10が対向する個所における溶接部23の除去作業が完了する。
このとき、スピンドル11の溶接部23に対する距離は一定であるため、溶接部23の除去量および除去跡の開先形状はほぼ均一なものとなる。
【0030】
特定の個所における溶接部23の除去作業が完了すると、今度は各磁石部16、17を消磁力状態として溶接部の除去装置10の鋼床版20に対する固定を解除し、搬送機構50によりこの溶接部の除去装置10全体を鋼床版の長手方向に沿って移動させる。
そして、次の除去対象となる溶接部23に対向させ、同様に、スピンドル11を回転させつつスライドさせることで除去作業をおこなう。
このようなスピンドル11の回転およびスライドによる対象個所の溶接部23の除去作業と、搬送機構50による溶接部の除去装置10全体の次の作業個所への搬送を繰り返すことで、除去作業を簡易かつスピーディにおこなうことができる。
【0031】
すべての作業が終了すると、チェーンブロック40のチェーン43を伸ばして昇降バー30ごと溶接部の除去装置10を下降させ、ついでその溶接部の除去装置10を昇降バー30から降ろして作業用足場へと移す。
引き続いて再溶接作業をおこないたい場合には、その昇降バー30に溶接装置、溶接作業者等を載せて、鋼床版20に向けて上昇させることになる。
【0032】
一度の除去作業で除去可能な溶接部の範囲は、スライダ13のスライド可能範囲、すなわちガイドレール14の長さ寸法に比例するところ、ガイドレール14の長さが大きすぎると、除去可能な溶接部の範囲は広くなる反面、溶接部の除去装置10全体が大型化、重量化、高コスト化を招いてしまう。
また、ガイドレール14等が長いとその自重により弾性変形(撓む)するため、スピンドル11と溶接部23との距離を一定に保つのが困難であり、溶接部23の除去量が不均一となるおそれがある。
したがって、ガイドレール14等の長さを一定以内に収めて(たとえば1m以内)、溶接部の除去装置10全体の重量化等を防止するとともに、その一度の除去作業で除去可能な溶接部の範囲が狭く制限されることについては、本実施形態のように溶接部の除去装置10全体を搬送機構50で搬送することで補完するのが好ましい。
【0033】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。
【0034】
たとえば、フレーム18の形状は図示のものに限定されず、要するにガイドレール14等を固定できるものであればよい。ガイドレール14等のフレーム18に対する固定の態様も特に限定されず、たとえばガイドレール14の両端部のみがフレーム18に固定されていてもよい。
実施形態では、スピンドル11を回転駆動させる機構として第1のモータ12を用いているが、回転駆動機構はこれに限定されない。
また実施形態では、スライダ13をスライド駆動させる機構としてボールねじ機構を用いているが、スライド駆動機構はこれに限定されず、リニアベアリング等を用いてもよい。
【0035】
第1のモータ12等をスライダ13に搭載する態様も実施形態に限定されず、たとえば内外のブラケット12b、12cを介さずに直接移動不能に固定し、調整ねじ13a、13bを省略してもよい。
この場合、スピンドル11の位置の微調整ができなくなる反面、構造が簡略化されて製造コストを低減することができる。
溶接部の除去装置10を鋼床版20に取り付ける方法についても、実施形態のような昇降バー30、チェーンブロック40等を用いたものに限定されない。
【0036】
吸着部は鋼床版20に吸着可能な機構であればよく、実施形態の磁石部16、17のような電磁力を利用した方式に限定されない。
たとえば、真空吸引を利用した方式により吸着する吸引カップ状のものでもよい。また、磁石部16、17のような電磁力を利用したものと吸引カップ状のような真空吸引を利用したものを併用してもよい。
【0037】
また溶接部の除去装置10全体を搬送する方法についても、実施形態のようなコンベア状の搬送機構50を用いる態様に限られない。
【0038】
たとえば、スピンドル11の頭部に電磁石をあらかじめ内蔵させておき、溶接部の除去作業の最中にはこれを消磁させておくものとする。
そして、溶接部の除去作業が終了すると、フレーム18の磁石部16、17は消磁させるとともに、回転が停止したスピンドル11を励磁させて、これを鋼床版20のデッキプレート21等に吸着させる。
この状態から、第2のモータ15bを駆動させてねじ軸15を回転させると、スピンドル11(および第1のモータ12、スライダ13)は鋼床版20に対して移動不能に固定された状態で、フレーム18(およびガイドレール14、磁石部16、17)が鋼床版20の長手方向に沿ってスライド移動することになる。
【0039】
フレーム18を所望の位置にまで移動させると、今度は磁石部16、17を励磁させて溶接部の除去装置10の全体を鋼床版20に吸着固定させる一方で、スピンドル11の頭部は消磁させる。
この状態でねじ軸15が回転すると、フレーム18は鋼床版20に対して移動不能に固定された状態で、スピンドル11はガイドレールに沿ってスライドすることになる。そのため、溶接部の除去装置10を鋼床版20の長手方向に沿って移動させ、その移動させた先の場所で溶接部23の除去作業を再びおこなうことができる。
【0040】
このようにして、フレーム18の磁石部16、17と、スピンドル11の頭部の励磁状態および消磁状態を交互に切り替えることで、溶接部の除去作業と溶接部の除去装置10全体の移動とを交互におこなうことも可能である。