特許 7201096 ピーニング処理装置、ピーニング処理方法および構造物の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-26

(45)【発行日】2023-01-10

(54)【発明の名称】ピーニング処理装置、ピーニング処理方法および構造物の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 31/00 20060101AFI20221227BHJP

   C21D 7/06 20060101ALI20221227BHJP

【ＦＩ】

B23K31/00 F

C21D7/06 Z

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021547432

(86)(22)【出願日】2021-03-26

(86)【国際出願番号】 JP2021012967

(87)【国際公開番号】W WO2021193944

(87)【国際公開日】2021-09-30

【審査請求日】2021-08-13

(31)【優先権主張番号】P 2020056421

(32)【優先日】2020-03-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002044

【氏名又は名称】弁理士法人ブライタス

(72)【発明者】

【氏名】島貫 広志

(72)【発明者】

【氏名】萱森 陽一

(72)【発明者】

【氏名】米澤 隆行

【審査官】柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１７２０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０２２６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２０４５２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ３１／００

Ｃ２１Ｄ ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

構造物に対してピーニング処理を行う装置であって
支持部と、
第１方向において対向配置された、第１ピーニング装置および第２ピーニング装置と、
前記第１ピーニング装置および前記第２ピーニング装置が前記支持部に対して前記第１方向に往復動できるように、前記第１ピーニング装置および前記第２ピーニング装置を前記支持部に連結する遊動連結部と、
前記支持部に支持され、前記第１方向において前記第２ピーニング装置に向かう力を前記第１ピーニング装置に与え、かつ、前記第１方向において前記第１ピーニング装置に向かう力を前記第２ピーニング装置に与える付勢部と、
を備える、ピーニング処理装置。

【請求項2】

前記遊動連結部は、
前記第１ピーニング装置および前記第２ピーニング装置が前記支持部に対して、前記第１方向に直交する第２方向に往復動できるように前記第１ピーニング装置および前記第２ピーニング装置を前記支持部に連結する、
請求項１に記載のピーニング処理装置。

【請求項3】

前記付勢部はさらに、前記第２方向において一方側に向かう力を前記第１ピーニング装置および前記第２ピーニング装置に与える、請求項２に記載のピーニング処理装置。

【請求項4】

前記遊動連結部は、
前記第１ピーニング装置が前記支持部に対して前記第１方向および前記第２方向に往復動できるように前記第１ピーニング装置と前記支持部とを連結する第１連結装置と、
前記第２ピーニング装置が前記支持部に対して前記第１方向および前記第２方向に往復動できるように前記第２ピーニング装置と前記支持部とを連結する第２連結装置と、を含み、
前記付勢部は、
前記第１方向において一方側に向かう力を前記第１ピーニング装置から受け、かつ前記第１方向において他方側に向かう反力を前記第１ピーニング装置に与える第１弾性部材と、
前記第１方向において前記他方側に向かう力を前記第２ピーニング装置から受け、かつ前記第１方向において前記一方側に向かう反力を前記第２ピーニング装置に与える第２弾性部材と、を含む、請求項２または請求項３に記載のピーニング処理装置。

【請求項5】

前記付勢部はさらに、
前記第２方向において他方側に向かう力を前記第１ピーニング装置から受け、かつ前記第２方向において前記一方側に向かう反力を前記第１ピーニング装置に与える第３弾性部材と、
前記第２方向において前記他方側に向かう力を前記第２ピーニング装置から受け、かつ前記第２方向において前記一方側に向かう反力を前記第２ピーニング装置に与える第４弾性部材と、を含む、請求項３または４に記載のピーニング処理装置。

【請求項6】

前記構造物は、所定方向に延びる溶接部によって互いに接合された少なくとも２つの金属部材を備えた構造物であり、
前記第１方向は前記溶接部の幅方向であり、
前記第１ピーニング装置は、
前記溶接部の幅方向における一方側の止端部に対してピーニング処理を行うことができるように前記支持部に支持され、
前記第２ピーニング装置は、
前記溶接部の前記幅方向における他方側の止端部に対してピーニング処理を行うことができるように前記支持部に支持されている、
請求項１から５のいずれか一つに記載のピーニング処理装置。

【請求項7】

前記遊動連結部は、前記支持部に対して前記第１ピーニング装置および前記第２ピーニング装置が前記所定方向に移動することを規制した状態で、前記第１ピーニング装置および前記第２ピーニング装置を前記支持部に連結する、請求項６に記載のピーニング処理装置。

【請求項8】

前記支持部は、前記構造物に対して前記溶接部の前記幅方向への移動が規制された状態で前記構造物に対して前記所定方向に相対的に移動する、請求項６または７に記載のピーニング処理装置。

【請求項9】

前記構造物は、円管形状を有し、かつ、周方向に延びる溶接部によって接合された２つの金属管を備えた構造物であって、
前記第１方向は前記溶接部の幅方向であり、
前記支持部は、前記構造物に対して前記周方向に相対的に移動可能に設けられ、
前記第１ピーニング装置は、前記溶接部の幅方向における一方側の止端部に対してピーニング処理を行うことができるように前記支持部に支持され、
前記第２ピーニング装置は、前記溶接部の前記幅方向における他方側の止端部に対してピーニング処理を行うことができるように前記支持部に支持されている、請求項１から８のいずれか一つに記載のピーニング処理装置。

【請求項10】

所定方向に延びる溶接部によって互いに接合された少なくとも２つの金属部材を備えた構造物の前記溶接部に対して、請求項１から９のいずれか一つに記載のピーニング処理装置を用いてピーニング処理を行う方法であって、
前記第１方向は前記溶接部の幅方向であり、
前記支持部を前記構造物に対して前記所定方向に相対的に移動させつつ、前記第１ピーニング装置および前記第２ピーニング装置によって前記溶接部に対してピーニング処理を行う、ピーニング処理方法。

【請求項11】

所定方向に延びる一連の溶接部によって互いに接合された少なくとも２つの金属部材を備えた構造物を、請求項１から９のいずれか一つに記載のピーニング処理装置を用いて製造する方法であって、
前記第１方向は前記溶接部の幅方向であり、
前記溶接部の幅方向両端の止端部に対して同時にピーニング処理を行う、
構造物の製造方法。

【請求項12】

前記溶接部が環状に形成され、前記構造物が筒状体である、請求項１１に記載の構造物の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ピーニング処理装置、ピーニング処理方法および構造物の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

種々の構造物において溶接継手が用いられている。このような溶接構造物では、溶接の影響で溶接部の疲労強度が下がるため、溶接部において疲労強度低下への対策をとることが多い。例えば、複数の大径の鋼管を周溶接することによって製造される風力発電用タワーでは、溶接部に風荷重により曲げ負荷が繰り返し付与される。そこで、風力発電用タワーや基礎等の溶接構造物においては、溶接部に対して疲労亀裂の発生を抑制する疲労対策を施す必要がある。

【0003】

溶接部に対する疲労対策としては、従来、ピーニング処理によって溶接ビード止端部に圧縮残留応力を導入する技術が利用されている。例えば、特許文献１には、母材上にリブ板を溶接してなる溶接継手部における溶接ビードの止端部付近の母材金属材料表面にピーニング処理を施すためのピーニング施工台車が開示されている。

【0004】

特許文献１に開示されたピーニング施工台車では、クランプローラによって施工台車をリブ板にクランプするとともに施工台車を走行させながら、チッピングハンマーによってピーニング処理を行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第５４１８８６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に開示されたピーニング施工台車を用いる場合、上記のように施工台車を自走させながらピーニング処理を行うことができる。

【0007】

しかしながら、特許文献１に開示されたピーニング施工台車を用いる場合には、クランプローラによって施工台車をリブ板にクランプする必要がある。このため、母材上にリブ板を溶接してなる溶接継手部に対してピーニング処理を行うことはできるが、例えば、金属管同士の周溶接部のように、リブ板が設けられていない溶接部に対してピーニング処理を行うことはできない。

【0008】

そこで、本発明は、種々の形状の溶接部に対してピーニング処理を効率よく行うことができるピーニング処理装置、ピーニング処理方法および構造物の製造方法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】

本発明は、下記のピーニング処理装置、ピーニング処理方法および構造物の製造方法を要旨とする。

【0010】

（１）構造物に対してピーニング処理を行う装置であって
支持部と、
第１方向において対向配置された、第１ピーニング装置および第２ピーニング装置と、
前記第１ピーニング装置および前記第２ピーニング装置が前記支持部に対して前記第１方向に往復動できるように、前記第１ピーニング装置および前記第２ピーニング装置を前記支持部に連結する遊動連結部と、
前記支持部に支持され、前記第１方向において前記第２ピーニング装置に向かう力を前記第１ピーニング装置に与え、かつ、前記第１方向において前記第１ピーニング装置に向かう力を前記第２ピーニング装置に与える付勢部と、
を備える、ピーニング処理装置。

【0011】

（２）前記遊動連結部は、
前記第１ピーニング装置および前記第２ピーニング装置が前記支持部に対して、前記第１方向に直交する第２方向に往復動できるように前記第１ピーニング装置および前記第２ピーニング装置を前記支持部に連結する、
上記（１）に記載のピーニング処理装置。

【0012】

（３）前記付勢部はさらに、前記第２方向において一方側に向かう力を前記第１ピーニング装置および前記第２ピーニング装置に与える、上記（２）に記載のピーニング処理装置。

【0013】

（４）前記遊動連結部は、
前記第１ピーニング装置が前記支持部に対して前記第１方向および前記第２方向に往復動できるように前記第１ピーニング装置と前記支持部とを連結する第１連結装置と、
前記第２ピーニング装置が前記支持部に対して前記第１方向および前記第２方向に往復動できるように前記第２ピーニング装置と前記支持部とを連結する第２連結装置と、を含み、
前記付勢部は、
前記第１方向において前記一方側に向かう力を前記第１ピーニング装置から受け、かつ前記第１方向において前記他方側に向かう反力を前記第１ピーニング装置に与える第１弾性部材と、
前記第１方向において前記他方側に向かう力を前記第２ピーニング装置から受け、かつ前記第１方向において前記一方側に向かう反力を前記第２ピーニング装置に与える第２弾性部材と、を含む、上記（２）または（３）に記載のピーニング処理装置。

【0014】

（５）前記付勢部はさらに、
前記第２方向において他方側に向かう力を前記第１ピーニング装置から受け、かつ前記第２方向において前記一方側に向かう反力を前記第１ピーニング装置に与える第３弾性部材と、
前記第２方向において前記他方側に向かう力を前記第２ピーニング装置から受け、かつ前記第２方向において前記一方側に向かう反力を前記第２ピーニング装置に与える第４弾性部材と、を含む、上記（３）または（４）に記載のピーニング処理装置。

【0015】

（６）前記構造物は、所定方向に延びる溶接部によって互いに接合された少なくとも２つの金属部材を備えた構造物であり、
前記第１方向は前記溶接部の幅方向であり、
前記第１ピーニング装置は、
前記溶接部の幅方向における一方側の止端部に対してピーニング処理を行うことができるように前記支持部に支持され、
前記第２ピーニング装置は、
前記溶接部の前記幅方向における他方側の止端部に対してピーニング処理を行うことができるように前記支持部に支持されている、
上記（１）から（５）のいずれか一つに記載のピーニング処理装置。

【0016】

（７）前記遊動連結部は、前記支持部に対して前記第１ピーニング装置および前記第２ピーニング装置が前記所定方向に移動することを規制した状態で、前記第１ピーニング装置および前記第２ピーニング装置を前記支持部に連結する、上記（６）に記載のピーニング処理装置。

【0017】

（８）前記支持部は、前記構造物に対して前記溶接部の前記幅方向への移動が規制された状態で前記構造物に対して前記所定方向に相対的に移動する、上記（６）または（７）に記載のピーニング処理装置。

【0018】

（９）前記構造物は、円管形状を有し、かつ、周方向に延びる溶接部によって接合された２つの金属管を備えた構造物であって、
前記第１方向は前記溶接部の幅方向であり、
前記支持部は、前記構造物に対して前記周方向に相対的に移動可能に設けられ、
前記第１ピーニング装置は、前記溶接部の幅方向における一方側の止端部に対してピーニング処理を行うことができるように前記支持部に支持され、
前記第２ピーニング装置は、前記溶接部の前記幅方向における他方側の止端部に対してピーニング処理を行うことができるように前記支持部に支持されている、上記（１）から（８）のいずれか一つに記載のピーニング処理装置。

【0019】

（１０）所定方向に延びる溶接部によって互いに接合された少なくとも２つの金属部材を備えた構造物の前記溶接部に対して、上記（１）から（９）のいずれか一つに記載のピーニング処理装置を用いてピーニング処理を行う方法であって、
前記第１方向は前記溶接部の幅方向であり、
前記支持部を前記構造物に対して前記所定方向に相対的に移動させつつ、前記第１ピーニング装置および前記第２ピーニング装置によって前記溶接部に対してピーニング処理を行う、ピーニング処理方法。

【0020】

（１１）所定方向に延びる一連の溶接部によって互いに接合された少なくとも２つの金属部材を備えた構造物を、上記（１）から（９）のいずれか一つに記載のピーニング処理装置を用いて製造する方法であって、
前記第１方向は前記溶接部の幅方向であり、
前記溶接部の幅方向両端の止端部に対して同時にピーニング処理を行う、
構造物の製造方法。

【0021】

（１２）前記溶接部が環状に形成され、前記構造物が筒状体である、上記（１１）に記載の構造物の製造方法。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、種々の形状の溶接部に対してピーニング処理を効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るピーニング処理装置を示す概略斜視図である。

【図2】図２は、第１連結装置を示す斜視図である。

【図3】図３は、第１連結装置を示す分解斜視図である。

【図4】図４は、ピーニング処理装置の他の利用例を示す図である。

【図5】図５は、ピーニング処理装置のその他の利用例を示す図である。

【図6】図６は、ピーニング処理装置の他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の一実施形態に係るピーニング処理装置およびそれを用いたピーニング処理方法について図面を参照しつつ説明する。

【0025】

（装置構成）
まず、本実施形態に係るピーニング処理装置について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るピーニング処理装置を示す概略斜視図である。

【0026】

なお、本発明に係るピーニング処理装置およびピーニング処理方法は、所定方向に延びる溶接部によって互いに接合された少なくとも２つの金属部材を備えた構造物の上記溶接部に対してピーニング処理を行う装置および方法である。また、本発明に係るピーニング処理方法は、所定方向に延びる溶接部によって互いに接合された少なくとも２つの金属部材を備えた構造物の上記溶接部に対してピーニング処理を行うことによって、溶接部の疲労強度が向上した新たな構造物を製造する方法でもある。

【0027】

図１には、本発明に係るピーニング処理装置によってピーニング処理が行われる構造物の一例として、互いに周溶接された少なくとも２つの金属管１ａ，１ｂを備えかつ円管形状を有する構造物１の一部が示されている。また、図１に示す構造物１においては、金属管１ａ，１ｂを接合するように構造物１の周方向に延びる溶接ビード（周溶接部）１ｃが、本発明に係るピーニング処理装置によってピーニング処理される溶接部である。構造物１は、例えば、風力発電用のタワーである。

【0028】

図１に示すように、本実施形態に係るピーニング処理装置１０は、支持部１２と、第１ピーニング装置１４と、第２ピーニング装置１６と、遊動連結部１８と、付勢部２０とを備えている。なお、図１においては、ピーニング処理装置１０が構造物１の内側に配置されている。以下においては、構造物１の内側から環状に形成された溶接ビード（溶接部）１ｃに対してピーニング処理を行う場合について説明する。

【0029】

支持部１２は、構造物１に対して、溶接ビード１ｃの溶接方向に相対的に移動可能に設けられている。本実施形態では、上述したように、溶接ビード１ｃは、構造物１の周方向に延びるように形成されている。したがって、本実施形態では、支持部１２は、構造物１に対して、構造物１の周方向に相対的に移動可能に設けられている。

【0030】

また、本実施形態では、支持部１２は、ピーニング処理を行う際に、溶接ビード１ｃの幅方向（第１方向）および構造物１の径方向（第２方向）へ移動しないように設けられることが好ましい。本実施形態では、支持部１２は、例えば、ピーニング処理を行う際に溶接ビード１ｃの幅方向および構造物１の径方向へ移動しないように、図示しない固定部材によって支持されている。ただし、ピーニング処理を適切に行うことができるのであれば、ピーニング処理を行う際に、支持部１２を溶接ビード１ｃの幅方向および構造物１の径方向へある程度移動させてもよい。なお、詳細な説明は省略するが、ピーニング処理装置１０を設置する際には、作業者は、支持部１２を溶接ビード１ｃの幅方向および構造物１の径方向へ移動させて、適切な位置に支持部１２を配置する。

【0031】

なお、支持部１２としては、溶接ビード１ｃの溶接方向に相対的に移動可能な種々の部材を用いることができる。本実施形態では、例えば、金属管１ａ，１ｂを周溶接する際に溶接機が固定されていた部材が、支持部１２として用いられる。支持部１２を溶接ビード１ｃの溶接方向に相対的に移動させる方法は特に限定されないが、例えば、金属管１ａ，１ｂを周溶接する際に金属管１ａ，１ｂを回転するために利用した回転機構を利用し、支持部１２の位置を固定した状態で、構造物１を回転させてもよい。

【0032】

第１ピーニング装置１４は、溶接ビード１ｃの幅方向における一方側から溶接ビード１ｃの上記一方側の止端部２ａに対してピーニング処理を行うことができるように、支持部１２に支持されている。なお、本実施形態において溶接ビード１ｃの幅方向とは、構造物１の径方向から見て、溶接ビード１ｃの溶接方向に直交する方向を意味する。したがって、本実施形態では、溶接ビード１ｃの幅方向は、構造物１の軸方向に平行な方向である。

【0033】

第２ピーニング装置１６は、溶接ビード１ｃの幅方向における他方側から溶接ビード１ｃの上記他方側の止端部２ｂに対してピーニング処理を行うことができるように、溶接ビード１ｃの幅方向において第１ピーニング装置１４の他方側で支持部１２に支持されている。

【0034】

詳細は後述するが、本実施形態では、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６は、所定の方向（第１方向）において対向配置され、遊動連結部１８を介して支持部１２に支持されている。ピーニング処理を行う際には、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６が対向する方向である第１方向が、溶接ビード１ｃの幅方向となるように配置する。なお、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６としては、止端部２ａ，２ｂに対してピーニング処理を行うことができる公知の種々の装置を用いることができる。

【0035】

本実施形態では、図１に示すように、第１ピーニング装置１４として、打撃ピン１４ａによって超音波衝撃処理（ＵＩＴ）を行うことができる超音波衝撃装置が用いられる。同様に、第２ピーニング装置１６として、打撃ピン１６ａによって超音波衝撃処理（ＵＩＴ）を行うことができる超音波衝撃装置が用いられる。本実施形態では、第１ピーニング装置１４は、打撃ピン１４ａと、ホーン１４ｂと、本体部１４ｃとを備えている。なお、図面が煩雑になるために図示は省略するが、本体部１４ｃの下端にはホーン１４ｂを覆うように筒状のピンホルダが設けられており、当該ピンホルダによって、打撃ピン１４ａの上端部が打撃ピン１４ａの軸方向に振動可能に支持されている。ホーン１４ｂは、当該ピンホルダ内において打撃ピン１４ａの上端部に接触可能に設けられている。本体部１４ｃは、内部に図示しないトランスデューサー等を含み、超音波振動を発生する。本体部１４ｃによって発生された超音波振動は、ホーン１４ｂを介して打撃ピン１４ａを励起し、打撃ピン１４ａにおいて超音波衝撃が発生し止端部２ａを打撃する。

【0036】

なお、本実施形態では、第１ピーニング装置１４は、ホーン１４ｂの振動方向が、構造物１の径方向でもある上下方向（第２方向）と一致するように支持部１２に支持されている。そして、打撃ピン１４ａは、ホーン１４ｂの振動方向に対して傾斜するように設けられている。打撃ピン１４ａが振動方向に対して傾斜していないと、止端部２ａを打撃した際の反力の分力が、溶接ビード１ｃの幅方向、つまり、打撃ピン１４ａに機械的負荷がかかる方向に作用する。打撃ピン１４ａはピンホルダの内部でピンホルダの軸方向に振動するように構成・配置されているが、前記機械的負荷により、打撃ピンとピンホルダとの間に機械的負荷として摩擦力が生じ、打撃ピンの滑らかな振動を阻害する。このため、打撃ピン１４ａを振動方向に対して傾斜させることで、打撃ピン１４ａにかかる機械的負荷が軽減される。説明は省略するが、第２ピーニング装置１６も同様に、打撃ピン１６ａと、ホーン１６ｂと、本体部１６ｃとを備えている。

【0037】

図１に示すように、本実施形態では、溶接ビード１ｃは、金属管１ａ，１ｂの母材より多少盛り上がる形状となっている。本実施形態では、打撃ピン１４ａ，１６ａを母材側に傾斜させた状態で、打撃ピン１４ａ，１６ａの先端によって止端部２ａ，２ｂに対して打撃処理を行う。これにより、止端部２ａ，２ｂに打撃ピン１４ａ，１６ａの先端を適切に当てることができる。

【0038】

遊動連結部１８は、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６が、支持部１２に対して上下方向および溶接ビード１ｃの幅方向に移動できるように、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６を支持部１２に連結する。なお、上下方向（第２方向）は、鉛直方向、及び、鉛直方向に対して傾斜する方向を含む。つまり、上下方向は、溶接ビード１ｃが延びる方向と、溶接ビード１ｃの幅方向（第１方向）とに交差する方向である。本実施形態では、遊動連結部１８は、固定板２２、第１連結装置２４および第２連結装置２６を備えている。固定板２２は、支持部１２に固定されている。

【0039】

図２は、第１連結装置２４を示す斜視図であり、図３は、第１連結装置２４を示す分解斜視図である。図２および図３に示すように、第１連結装置２４は、ガイド部材２８、リニアスライダ３０およびリニアスライダ３２を有している。ガイド部材２８は、固定板２２（図１参照）に固定されている。ガイド部材２８は、固定板２２とは反対側の面に、上下方向に延びる一対のガイドレール２８ａを有している。

【0040】

リニアスライダ３０は、図示しない複数のベアリングを介して、ガイド部材２８のガイドレール２８ａに取り付けられている。具体的には、リニアスライダ３０は、ガイド部材２８に対して、厚み方向（ガイドレール２８ａの突出方向）および溶接ビード１ｃの幅方向への移動が規制された状態で、ガイドレール２８ａに沿って上下方向に直線的に移動できるように、ガイドレール２８ａに取り付けられている。リニアスライダ３０は、ガイド部材２８とは反対側の面に、溶接ビード１ｃ（図１参照）の幅方向に延びる一対のガイドレール３０ａを有している。

【0041】

リニアスライダ３２は、図示しない複数のベアリングを介して、リニアスライダ３０のガイドレール３０ａに取り付けられている。具体的には、リニアスライダ３２は、リニアスライダ３０に対して、厚み方向（ガイドレール３０ａの突出方向）および上下方向への移動が規制された状態で、溶接ビード１ｃの幅方向に直線的に移動できるように、ガイドレール３０ａに取り付けられている。

【0042】

なお、図２および図３には、ガイド部材２８、リニアスライダ３０およびリニアスライダ３２がそれぞれ一体物として成形される例を示しているが、ガイド部材２８、リニアスライダ３０およびリニアスライダ３２はそれぞれ複数の部材を組み合わせて構成されてもよい。例えば、ガイド部材２８、リニアスライダ３０およびリニアスライダ３２が３枚の板状体と複数の雄雌レールとの組み合わせによって構成されてもよい。より具体的には、ガイド部材２８が板状体と当該板状体のリニアスライダ３０側の面に固定されるガイドレール２８ａとを備え、リニアスライダ３０が板状体と当該板状体のガイド部材２８側の面に固定されてガイドレール２８ａが嵌合される溝部材と当該板状体の反対側の面に固定されるガイドレール３０ａとを備え、リニアスライダ３２が板状体と当該板状体のリニアスライダ３０側の面に固定されてガイドレール３０ａが嵌合される溝部材とを備えてもよい。

【0043】

リニアスライダ３２においてリニアスライダ３０とは反対側の面に、第１ピーニング装置１４が取り付けられる。これにより、第１ピーニング装置１４は、支持部１２に対して、上下方向、溶接ビード１ｃの幅方向、および斜め方向（上下方向と幅方向との間に向かう方向）に移動可能となる。なお、図２および図３に示した第１連結装置２４の構成は単なる一例であり、第１連結装置２４は、上記のように、厚み方向（ガイドレール２８ａ，３０ａの突出方向）への移動が規制された状態で、支持部１２に対して、上下方向、溶接ビード１ｃの幅方向、および斜め方向に平行移動可能に第１ピーニング装置１４を支持できる構成であればよい。

【0044】

第２ピーニング装置１６は、第２連結装置２６および固定板２２を介して支持部１２に連結されている。詳細な説明は省略するが、第２連結装置２６は第１連結装置２４と同様の構成を有している。これにより、第２ピーニング装置１６は、第１ピーニング装置１４と同様に、厚み方向への移動が規制された状態で、支持部１２に対して、上下方向、溶接ビード１ｃの幅方向、および斜め方向に平行移動可能となる。

【0045】

また、本実施形態では、上記のような構成により、遊動連結部１８（第１連結装置２４および第２連結装置２６）は、支持部１２に対して第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６が溶接ビード１ｃの溶接方向（構造物１の周方向）に移動することを規制した状態で、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６を支持部１２に連結している。言い換えると、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６は、溶接ビード１ｃの溶接方向に直交する同一平面内において、上下方向、溶接ビード１ｃの幅方向および斜め方向に移動するように、遊動連結部１８を介して支持部１２に支持されている。

【0046】

図１を参照して、付勢部２０は、第１弾性部材３４、第２弾性部材３６、第３弾性部材３８および第４弾性部材４０を備える。第１弾性部材３４、第２弾性部材３６、第３弾性部材３８および第４弾性部材４０はそれぞれ、遊動連結部１８の固定板２２を介して支持部１２に支持されている。

【0047】

第１弾性部材３４は、溶接ビード１ｃの幅方向において一方側に向かう力を第１ピーニング装置１４から受け、かつ溶接ビード１ｃの幅方向において他方側に向かう反力を第１ピーニング装置１４に与える。第２弾性部材３６は、溶接ビード１ｃの幅方向において他方側に向かう力を第２ピーニング装置１６から受け、かつ溶接ビード１ｃの幅方向において一方側に向かう力を第２ピーニング装置１６に与える。また、第３弾性部材３８は、上方に向かう力を第１ピーニング装置１４から受け、かつ下方に向かう反力を第１ピーニング装置１４に与える。第４弾性部材４０は、上方に向かう力を第２ピーニング装置１６から受け、かつ下方に向かう反力を第２ピーニング装置１６に与える。第１弾性部材３４、第２弾性部材３６、第３弾性部材３８および第４弾性部材４０としてはそれぞれ、例えば、コイルバネを用いることができる。なお、本実施形態に係るピーニング処理装置１０において、第３弾性部材３８および第４弾性部材４０は設けられていなくてもよい。例えば、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６が衝撃吸収機構（ピーニング処理時に発生した衝撃を吸収する機構）を備える場合には、第３弾性部材３８および第４弾性部材４０を設けなくてもよい。また、例えば、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６の重量を調整することによって、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６の下方への付勢力を調整する場合も、第３弾性部材３８および第４弾性部材４０を設けなくてもよい。

【0048】

（処理方法および作用効果）
次に、上述のピーニング処理装置１０を用いたピーニング処理方法および本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態では、支持部１２を構造物１に対して当該構造物１の周方向に相対的に移動させながら、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６によって、溶接ビード１ｃの止端部２ａ，２ｂに対して同時にピーニング処理を行う。

【0049】

具体的には、例えば、溶接ビード１ｃの止端部２ａ，２ｂおよびその近傍が塑性変形するようにピーニング処理が行われる。この場合、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６から溶接ビード１ｃに与えられる力が大きくなるので、溶接ビード１ｃからの反力により、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６は、溶接部から離れる方向に移動しようとする。この際、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６とそれらを保持する部分の質量による慣性力もこの反力と相まって作用する。しかし、本実施形態に係るピーニング処理装置１０では、溶接ビード１ｃから第１ピーニング装置１４に与えられる反力を溶接ビード１ｃから第２ピーニング装置１６に与えられる反力によって相殺することができる。その結果、溶接ビード１ｃから第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６に与えられる反力によって、ピーニング処理装置１０が溶接ビード１ｃの幅方向にずれることを抑制することができる。

【0050】

また、本実施形態では、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６は、遊動連結部１８によって、支持部１２に対して溶接ビード１ｃの幅方向に移動可能に設けられている。このため、溶接ビード１ｃの形状に追従するように、第１ピーニング装置１４（打撃ピン１４ａ）および第２ピーニング装置１６（打撃ピン１６ａ）を支持部１２に対して溶接ビード１ｃの幅方向に移動させることができる。したがって、例えば、溶接ビード１ｃが蛇行したり、溶接ビード１ｃの幅が変動したりしていたとしても、第１ピーニング装置１４（打撃ピン１４ａ）および第２ピーニング装置１６（打撃ピン１６ａ）を止端部２ａ，２ｂに沿って円滑に移動させることができる。

【0051】

また、本実施形態では、付勢部２０は、溶接ビード１ｃの幅方向において他方側に向かう力を第１ピーニング装置１４に与え、かつ上記幅方向において一方側に向かう力を第２ピーニング装置１６に与える。これにより、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６が溶接ビード１ｃからの反力により溶接ビード１ｃの幅方向に移動したとしても、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６を溶接ビード１ｃに適切に接触させることができる。

【0052】

これらの結果、打撃ピン１４ａ，１６ａによる打撃位置が、溶接ビード１ｃと金属管１ａ，１ｂとの境界部近傍に収まるようになり、第１ピーニング装置１４（打撃ピン１４ａ）および第２ピーニング装置１６（打撃ピン１６ａ）を止端部２ａ，２ｂに沿って円滑に移動させることができる。

【0053】

また、本実施形態では、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６は、遊動連結部１８によって上下方向に移動可能に設けられている。この場合、処理条件に応じて第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６の重量を適切に設定することによって、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６から溶接ビード１ｃに与えられる打撃力を容易かつ適切に調整することができる。ピーニング処理時に、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６に対して、上下方向の大きな力が作用することを防止できる。これにより、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６の損傷を十分に抑制できる。

【0054】

以上のように、本実施形態に係るピーニング処理装置１０によれば、溶接ビード（溶接部）１ｃに対してピーニング処理を効率よく行うことができる。

【0055】

なお、本実施形態では、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６は、溶接ビード１ｃの幅方向における両側に設けられている。これにより、溶接ビード１ｃから第１ピーニング装置１４に与えられる反力を溶接ビード１ｃから第２ピーニング装置１６に与えられる反力によって効率よく相殺することができる。また、本実施形態に係るピーニング処理装置１０では特に、付勢部２０の第１弾性部材３４、第２弾性部材３６、第３弾性部材３８および第４弾性部材４０によって溶接ビード１ｃの幅方向および上下方向の衝撃を吸収しつつピーニング処理を行うことができる。これにより、さらに効率よくピーニング処理を行うことが可能になる。なお、第１弾性部材３４、第２弾性部材３６、第３弾性部材３８および第４弾性部材４０の機械的性質（ヤング率、ばね定数等）は、溶接ビード１ｃに与えるべき荷重等に応じて適宜設定すればよい。

【0056】

また、本実施形態では、打撃ピン１４ａ，１６ａを傾斜させた状態で、打撃ピン１４ａ，１６ａの先端によって止端部２ａ，２ｂに対して打撃処理が行われる。この場合、遊動連結部１８および付勢部２０の機能によって、打撃ピン１４ａ，１６ａを、自動的にかつ的確に止端部２ａ，２ｂに追従するように移動させることができる。

【0057】

また、本実施形態では、上述したように、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６を、溶接部の幅方向両端の止端部（溶接ビード１ｃの止端部２ａ，２ｂ）に沿って円滑に移動させることができる。したがって、本実施形態に係るピーニング処理装置１０およびそれを用いたピーニング処理方法は、一連の溶接部（一本の線状に形成された溶接部）によって互いに接合された２つの金属部材を備えた構造物の当該溶接部の幅方向両端の止端部に対して同時にピーニング処理を行って、疲労強度が改善された構造物を製造する際に好適に用いられる。特に、本実施形態に係るピーニング処理装置１０およびそれを用いたピーニング処理方法は、風力発電用のタワーのように、製造対象となる構造物が環状に形成された溶接部を有する筒状体である場合にも好適に用いることができる。

【0058】

なお、上述したように、ピーニング処理は、構造物１に対して支持部１２が溶接ビード１ｃの幅方向へ移動することを規制した状態で実施することが好ましい。この場合、ピーニング処理装置１０が溶接ビード１ｃの幅方向にずれることを十分に抑制することができる。

【0059】

上述の実施形態では、金属管１ａ，１ｂを周溶接する際に溶接機が固定されていた部材を支持部１２として用いる場合について説明したが、ピーニング処理装置１０のために支持部１２を新たに設けてもよい。この場合、例えば、溶接ビード１ｃを間に挟むように溶接ビード１ｃに沿って周方向に延びる一対の環状の走行レールを構造物１の内面に設け、その走行レールに沿って支持部１２が構造物１の周方向に移動できるようにピーニング処理装置１０を構成してもよい。具体的には、例えば、一対の走行レールに対応する一対または複数対の車輪をピーニング処理装置１０に設け、その車輪によって支持部１２を支持してもよい。この場合、例えば、構造物１を回転させるとともに、構造物１の回転に同期するように走行レール上においてピーニング処理装置１０を走行させつつ、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６によって、溶接ビード１ｃに対してピーニング処理を行うことができる。本実施形態では、一対の走行レールおよび車輪によって、支持部１２が溶接ビード１ｃの幅方向に移動することを防止することができる。なお、詳細な説明は省略するが、車輪が走行レールから脱線することを防止できるように、鉄道車両の車輪と同様に、車輪に脱線防止機能（走行レールに係止される突起等）を設けることが好ましい。また、走行レールに車輪が嵌合されるようにして、車輪が走行レールから脱線することを防止できるようにしてもよい。

【0060】

上述の実施形態では、構造物１の内側から溶接ビード１ｃに対してピーニング処理を行う場合について説明したが、構造物１の外側から溶接ビード１ｃに対してピーニング処理を行ってもよい。この場合も、構造物１の内側から溶接ビード１ｃに対してピーニング処理を行う場合と同様に、支持部１２は、溶接ビード１ｃの幅方向および構造物１の径方向へ移動しないように設けられていることが好ましい。したがって、例えば、金属管１ａ，１ｂを周溶接する際に溶接機が固定されていた部材を支持部として用いてピーニング処理を行ってもよい。また、溶接ビード１ｃを間に挟むように溶接ビード１ｃに沿って周方向に延びる一対の環状の走行レールを構造物１の外面に設け、その走行レールに沿ってピーニング処理装置を構造物１に対して相対的に移動させつつピーニング処理を行ってもよい。なお、ピーニング処理装置の落下を防止するために、磁石を用いて車輪を構成してもよい。

【0061】

上述の実施形態では、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６として超音波衝撃処理装置を用いる場合について説明した。しかしながら、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６として用いることができる装置は超音波衝撃処理装置に限定されず、他の打撃処理装置（ハンマーピーニング装置、ニードルピーニング装置等）を用いてもよい。

【0062】

上述の実施形態では、周溶接部に対してピーニング処理を行う場合について説明したが、図４に示すように、本実施形態に係るピーニング処理装置１０は、Ｔ字溶接部に対してもピーニング処理を行うことができる。なお、図４に示す構造物３では、金属板３ａが金属板３ｂの表面に隅肉溶接されている。Ｔ字溶接部４（以下、溶接部４と記載する。）は、金属板３ａの厚み方向における一方側に設けられた溶接ビード４ａと、金属板３ａの厚み方向における他方側に設けられた溶接ビード４ｂとを含む。

【0063】

本実施形態では、金属板３ａの厚み方向を溶接部４の幅方向として、溶接部４の幅方向における一方側の止端部（溶接ビード４ａの金属板３ｂ側の止端部）を第１ピーニング装置１４によってピーニング処理し、溶接部４の幅方向における他方側の止端部（溶接ビード４ｂの金属板３ｂ側の止端部）を第２ピーニング装置１６によってピーニング処理することができる。

【0064】

また、詳細な説明は省略するが、本実施形態に係るピーニング処理装置１０は、図５に示すように、Ｔ字溶接部６を有する構造物７に対してもピーニング処理を行うことができる。なお、図５に示す構造物７では、金属板３ａが金属板３ｂの表面に隅肉溶接され、金属板３ｃが金属板３ｂの裏面に隅肉溶接されている。本実施形態でも、金属板３ｂの表面側および裏面側のそれぞれにおいてピーニング処理装置１０を用いることによって、溶接部６に対して円滑にピーニング処理を行うことができる。

【0065】

また、図示は省略するが、本発明に係るピーニング処理装置は、螺旋状に形成された溶接部を備えた構造物（例えば、スパイラル鋼管）に対しても利用することができる。具体的には、構造物に対して支持部を、鋼管の管軸方向に移動させながら鋼管を回転させることで、溶接部の溶接方向に沿って螺旋状に相対移動させることができ、上述の実施形態と同様にピーニング処理を行うことができる。なお、この際は第１ピーニング装置と第２ピーニング装置との位置が溶接ビード方向に対して直交した位置関係とすることで、第１ピーニング装置が受ける反力を、第２ピーニング装置が受ける反力により適切に相殺することが可能となる。これは、第１ピーニング装置と第２ピーニング装置との位置が溶接部（溶接ビード）に対して直角でない場合は打撃時の反力の方向がずれてしまうため遊動機構や支持部に遊動連結部を取り付けた部分にねじりがかかる為である。

【0066】

以上のように、本発明に係るピーニング処理装置では、溶接部（溶接ビード）の形状に追従するように、第１ピーニング装置および第２ピーニング装置を移動させることができる。したがって、本発明に係るピーニング処理装置によれば、所定方向（直線方向または周方向）に延びるように形成された種々の形状の溶接部（Ｔ字または十字溶接部および周溶接部等）に対してピーニング処理を効率よく行うことができる。

【0067】

なお、上述の実施形態では、ピーニング装置１４，１６の軸方向（本体部１４ｃ，１６ｃによって発生される超音波の方向、ホーン１４ｂ，１６ｂの振動方向）に対して打撃ピン１４ａ，１６ａが傾斜して設けられる場合について説明したが、図６に示すように、ピーニング装置１４，１６の軸方向と打撃ピン１４ａ，１６ａの軸方向とが一致するように、ピーニング装置１４，１６を上下方向に対して斜めに傾けて連結装置２４，２６に取り付けてもよい。

【0068】

また、上述の実施形態では、遊動連結部１８は、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６が、支持部１２に対して上下方向および溶接ビード１ｃの幅方向に移動できるように、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６を支持部１２に連結している。しかしながら、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６それぞれが、打撃ピン１４ａ，１６ａによる打撃の衝撃を吸収できる構成であれば、遊動連結部１８による第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６の支持部１２への連結は、上下方向に移動可能であることは必須ではない。一方、第１ピーニング装置１４および第２ピーニング装置１６が、支持部１２に対して上下方向に移動できる構成を有することにより、処理対象である金属管１ａ，１ｂの表面が波打っている等の理由によってピーニング装置と処理対象との距離に変動があっても、追従が可能となる。

【産業上の利用可能性】

【0069】

本発明によれば、種々の形状の溶接部に対してピーニング処理を効率よく行うことができる。

【符号の説明】

【0070】

１，３ 構造物
１ａ，１ｂ 金属管
２ａ，２ｂ 止端部
３ａ，３ｂ 金属板
４ Ｔ字溶接部
１０ ピーニング処理装置
１２ 支持部
１４ 第１ピーニング装置
１６ 第２ピーニング装置
１８ 遊動連結部
２０ 付勢部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】