(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅方向に複数が接合されて、上面両側に長手方向にそってフランジを一体に設けたアルミニウム合金の中空押出形材と、接合によりフランジの下方に形成される空所に適宜間隔で複数配置される補剛材と、前記中空押出形材の下部および前記補剛材の下部を一体に覆い、内側で、補剛材との接合個所の近傍にデッキパネル支持部への固定用のナットを取り付けた複数の裏面板とで構成することを特徴とするデッキパネル。
【請求項２】
上面両側に長手方向にそってフランジを一体に設けたアルミニウム合金の中空押出形材の複数を、前記フランジの先端縁を長手方向にそって突き合わせ、この突き合わせ部を連続的に摩擦攪拌溶接法による溶接で接合した後、接合によりフランジの下方に形成される空所に板状の補剛材を適宜間隔で配置して溶接により中空押出形材に接合し、次いで、前記中空押出形材の下部および前記補剛材の下部に内側にナットを取り付けた複数の裏面板を配置し、該裏面板の隣接する２枚の端部を中空押出形材の下部に連続的に摩擦攪拌溶接法による溶接で接合することを特徴とするデッキパネルの製造方法。
【請求項３】
中空押出形材のフランジの摩擦攪拌溶接法による溶接と、裏面板の中空押出形材への摩擦攪拌溶接法による溶接とは、同じ方向から行う請求項２記載のデッキパネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、道路橋や歩道橋などの橋梁や人口地盤などを構築するのに床版として使用するデッキパネルおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば橋梁を例にとると、下部構造としては地中に基礎を構築し、この基礎の上に橋脚を建てる。そして、上部構造として橋脚の上に橋桁を設け、この橋桁の上に床版を設置する。さらに、床版上にコンクリート等を打設することもある。
【０００３】
床版には、従来、種々のタイプがあり、コンクリート床版が最も一般的なものであるが、コンクリート床版は主桁等にジベルを取り付け、これを現場で打設した床版コンクリート内に埋設して主桁に接合する。
【０００４】
また、金属製床版としては鋼製床版を主桁や床組みと現場で溶接により接合する。また、ＰＣ床版は主桁などに取り付けたスタッドジベルをＰＣ床版に予め設けた孔に挿入し、この孔をコンクリートまたはモルタル等で埋めることでＰＣ床版を主桁に接合している。
【０００５】
しかしながら、前記コンクリート床版は現場で構築するものであるため、コンクリートを打設し、養生するために必要な足場を仮設したり型枠を組む必要があるだけでなく、コンクリートが固化するまで次の作業に移行できないため、床版の構築には時間と労力を要する。
【０００６】
また、鋼製床版やＰＣ床版は、床版の重量が大きく、溶接作業やコンクリート充填作業などの現場での作業にも時間と手間を要し、作業性がよくない。特に、鋼鉄の直交異方性のデッキの隅肉溶接部は疲労破壊の原因となる。さらに、横方向、すなわち主要な交通の流れ方向に直交する方向には柔軟性がないため、被覆表面の欠損にいたることになり、結果として高価なものとなる。さらに、鋼製床版やコンクリート床版、ＰＣ床版の内部の補強鋼材は錆びやすいため、高価な耐食処理、検査、ないしはペイント処理を必要とする。
【０００７】
そこで、軽量で保護コーティングなしでも耐蝕性があり、取扱いも便利であり、厳しい規格に対してもこれを満足させる製造が可能であり、強度的にも信頼でき、溶接個所が少なく、双方向の剛性があり、被覆層の剥離に対して抵抗力があり、被覆層の接着力が強く、リサイクルした材料の使用も可能で、全体的に製造が安価にできる床版として、例えば米国特許第５６５１１５４号に記載のようなアルミニウム製のものがある。
【０００８】
これは、図４、図５に示すようにアルミニウム合金の中空押出形材でデッキパネルのエレメント21を作製し、該エレメント21を長さ方向および横方向に接合してデッキパネル１を形成するもので、エレメント21は、一般的な塗装を必要とせずに塩化物や他の腐食の原因となる薬品に対して優れた耐性を有するものとして、例えばアルミニウム合金６０６３−Ｔ６または他の同様な合金を材質として、形状は図５に示すように、上部フランジ22、これに平行に対向する下部フランジ23、この上部フランジ22と下部フランジ23との間に設けた縦方向のウェブ24、斜めのウェブ25とで構成し、細長いエレメント21の長さ方向に対して直交する方向にトラス形状の断面三角形の空所26を形成するものである。
【０００９】
そして、このような形状のエレメント21を横方向に並列させ、隣接するエレメント21同士の上部フランジ22の先端同士を長さ方向にそって突き合わせ、また、下部フランジ23の先端同士も同様にして突き合わせて、これらの突き合わせ部を溶接し接合する。かかる溶接作業は工場に設置の溶接装置を使用して行う。
【００１０】
このようにして工場で形成された片側完全溶込み溶接部27，28によって横方向に隣接するエレメント21が接合されてデッキパネル１が形成され、該デッキパネル１には斜めのウェブ25と下部フランジ23とによって隣接のエレメント21間に比較的大きなほぼ三角形の断面の空所29が形成され、一体に溶接されたエレメント21の上部および下部フランジ22、23間のスムーズな歪み転移が可能となり、交通の方向に対して平行および垂直の両方向の曲げに耐えうるようにデッキに対して相当の剛性を与えるように機能する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来、一般的には押出形材同士を溶接で接合する場合、溶接方法としてはアーク溶接などの溶融溶接が適用されており、前記した従来例でもエレメント21の上部フランジ22同士や下部フランジ23同士の接合は、片側完全溶込み溶接により行っている。溶融溶接は溶接材に荷重がほとんどかからないため、溶接構造も軽量構造になっているが、接合後の変形が大きかったり、接合部の欠陥が多かったりするという問題がある。
【００１２】
そこで、かかる不都合を解消するものとして、摩擦攪拌溶接法（ＦＳＷ）が考えられ、これは、例えば、加工物よりも実質的に硬い材質からなるツールを加工物の溶接部に挿入し、挿入したツールを回転させながら移動させることにより溶接線方向の溶接を行うようにした溶接方法、すなわち、回転ツールと加工物との間に生じる摩擦熱による塑性流動を利用して摩擦溶接するものである。
【００１３】
この摩擦攪拌溶接法は、溶接部材を固定した状態でツールを回転させながら移動することにより接合することができるので、溶接方向に対してその長手方向に連続的に固相接合することが可能である。そして、回転ツールと溶接部材との摩擦熱による金属の塑性流動を利用した固相接合のため、接合部を溶融させることなく接合できるという特徴があり、加熱温度が低いため、接合後の変形が少ないということや、接合部は溶融されないため、欠陥が少ないなどの利点があり、押出形材の接合に適しているものと考えられる。
【００１４】
しかしながら、この摩擦攪拌溶接法は、固定した溶接部材である押出形材に対して、ツールを上方向からのみ溶接部に挿入するものである。このため、デッキパネルを形成する中空押出形材の上面と下面との両面に溶接部が存在する場合には、例えば上面の接合部を上側にしてこの部分を最初に溶接したならば、次に、中空押出形材の天地をひっくり返して今度は下面側を上にして、この状態で下面側の接合部を溶接する必要があり、中空押出形材を反転させる手間を要し作業性がよくないものであった。
【００１５】
また、当初から上面と下面とに面板を有するデッキパネルにおいて、両面板の間の空所に補剛材を配設しようとする場合には、少なくとも一方の側の面板を切欠き、この切欠き部を介して面板間の空所に補剛材をリブとして配設し、その後、面板の切欠き個所を復旧する必要があり、作業性がよくないだけでなく、デッキパネルに切欠き部、復旧部などが生じて強度的にも低下するおそれがあった。
【００１６】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、アルミニウム合金を使用する中空押出形材を溶接してデッキパネルを形成する場合、溶接部の強度が低下しないように摩擦攪拌溶接法を採用するにあたって、中空押出形材の上面側と下面側との両面を溶接する場合でも中空押出形材を反転する必要がなく、施工性および生産性の向上を図ることができ、強度的にも信頼できるデッキパネルおよびその製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、第１に、幅方向に複数が接合されて、上面両側に長手方向にそってフランジを一体に設けたアルミニウム合金の中空押出形材と、接合によりフランジの下方に形成される空所に適宜間隔で複数配置される補剛材と、前記中空押出形材の下部および前記補剛材の下部を一体に覆い、内側で、補剛材との接合個所の近傍にデッキパネル支持部への固定用のナットを取り付けた複数の裏面板とで構成することを要旨とするものである。
【００１８】
第２に、上面両側に長手方向にそってフランジを一体に設けたアルミニウム合金の中空押出形材の複数を、前記フランジの先端縁を長手方向にそって突き合わせ、この突き合わせ部を連続的に摩擦攪拌溶接法による溶接で接合した後、接合によりフランジの下方に形成される空所に板状の補剛材を適宜間隔で配置して溶接により中空押出形材に接合し、次いで、前記中空押出形材の下部および前記補剛材の下部に内側にナットを取り付けた複数の裏面板を配置し、該裏面板の隣接する２枚の端部を中空押出形材の下部に連続的に摩擦攪拌溶接法による溶接で接合することを要旨とするものである。
【００１９】
第３に、中空押出形材のフランジの摩擦攪拌溶接法による溶接と、裏面板の中空押出形材への摩擦攪拌溶接法による溶接とは、同じ方向から行うことを要旨とするものである。
【００２０】
請求項１記載の本発明によれば、デッキパネルとして、両面板を備えた中空押出形材の接合によりデッキパネルを形成する場合、裏面板を別体として、補剛材を取り付けた後に裏面板を取り付けることができ、補剛材の取り付けのために面板を切欠く必要がなく、補剛材の取り付けが容易となって施工性が向上し、強度もアップする。また、デッキパネル支持部への固定用のナットは裏面板の内側に予め取り付けてあるから、現場での作業工程の低減が図れるだけでなく、デッキパネルの下面が裏面板で完全に閉塞されても、デッキパネル支持部への固定も容易に行える。
【００２１】
さらに、このデッキパネルは、アルミニウム合金を材質としているから、軽量で、保護コーティングなしでも耐蝕性があり、取扱いも便利であり、厳しい規格に対してもこれを満足させる製造が可能であり、施工性の向上も図れる。
【００２２】
前記作用に加えて、ナットは、補剛材との接合個所の近傍に配置したから、固定強度を確保できる。
【００２３】
請求項２記載の本発明によれば、デッキパネルの製造方法として、両面板を備えた中空押出形材の接合でデッキパネルを製造する場合、上面両側に長手方向にそって設けたフランジを突き合わせ、この突き合わせ部を連続的に摩擦攪拌溶接法による溶接で接合した後、接合によりフランジの下方に形成される空所に補剛材を適宜間隔で配置して溶接により中空押出形材に接合し、次いで、前記中空押出形材の下部および前記補剛材の下部に内側にナットを取り付けた複数の裏面板を配置し、該裏面板の隣接する２枚の端部を中空押出形材の下部に連続的に摩擦攪拌溶接法による溶接で接合するから、下面側の面板を切欠かずに補剛材を取り付けることができ、施工性、強度がアップする。また、溶接方法に摩擦攪拌溶接法を採用することで溶接接合部の強度低下も防げる。
【００２４】
請求項３記載の本発明によれば、前記作用に加えて、摩擦攪拌溶接法による溶接で接合する場合でも、上面側のフランジを溶接する場合と同方向から裏面板の溶接も行えるから、中空押出形材を反転せずにそのままの状態で上下２個所の溶接が行えて施工性が向上する。また、裏面板は隣接するもの２枚を同時に中空押出形材の下部に同時に溶接できるから、さらに施工性が向上する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明のデッキの実施形態を示す縦断正面図、図２は同上縦断側面図、図３は同上一部切欠いた分解斜視図で、本発明のデッキも図４に示した従来例と同様にアルミニウム合金の中空押出形材２を主たるエレメントとして、該中空押出形材２の幅方向への接合により形成される空所に適宜間隔で複数配設される補剛材３と、前記中空押出形材２の下部および前記補剛材３の下部を一体に覆い、内側にデッキパネル支持部への固定用のナット５を取り付けた複数の裏面板４とでデッキパネル１を構成する。アルミニウム合金としては、例えば熱処理合金系の6000系、5000系合金を使用する。
【００２６】
この中空押出形材２は、長手方向にそって両側にフランジ２ａを突出させた上面板２ｂと、該上面板２ｂと平行で上面板２ｂより幅狭の下面板２ｃと、該上面板２ｂと下面板２ｃとを接続する斜めの側面板２ｄとで構成して中空部２ｅを断面逆台形状に形成した。
【００２７】
補剛材３は後述するように中空押出形材２を横方向に接合したときにフランジ２ａの下方に形成される空所６に取り付ける板状で台形の形材で構成する。
【００２８】
また、裏面板４は前記補剛材３と中空押出形材２の下面板２ｃとのそれぞれの横幅を合計した横幅を有する板状の長尺部材で構成し、補剛材３の取り付け個所の近傍位置に、図示の例では補剛材３の取り付け位置の前後箇所にデッキパネル支持部への固定用のナット５をビスなどで予め取り付けた。
【００２９】
次にかかる中空押出形材２と補剛材３と裏面板４とでデッキパネル１を作製する方法について説明する。中空押出形材２を長手方向と横方向とに接合するが、横方向への接合は、中空押出形材２の上面両側に長手方向にそって突出しているフランジ２ａを、隣接する中空押出形材２同士で長手方向にそって突き合わせ、この突き合わせ部を連続的に摩擦攪拌溶接法（ＦＳＷ）による溶接で接合する。
【００３０】
摩擦攪拌溶接法は、例えば、図１に示すように加工物（本実施形態では中空押出形材２）よりも実質的に硬い材質からなるツール７を加工物の溶接部８に挿入し、挿入したツール７を回転させながら移動させることにより溶接線方向の溶接を行うようにした溶接方法、すなわち、回転ツール７と加工物との間に生じる摩擦熱による塑性流動を利用して摩擦溶接するものである。
【００３１】
この摩擦攪拌溶接法は、溶接部材を固定した状態でツール７を回転させながら移動することにより接合することができるので、溶接方向に対して実質的に無限に長い部材でもその長手方向に連続的に固相接合することが可能である。そして、回転ツール７と溶接部材との摩擦熱による金属の塑性流動を利用した固相接合のため、接合部を溶融させることなく接合できるという特徴があり、加熱温度が低いため、接合後の変形が少ないということや、接合部は溶融されないため、欠陥が少ないなどの利点があり、押出形材の接合に適しているものと考えられる。
【００３２】
なお、ツール７は上から下方向に向けて挿入するものであり、中空押出形材２のフランジ２ａを溶接する場合は、フランジ２ａの側を下側にして行う。こうして工場などで中空押出形材２を横方向に適宜数接合して輸送可能なユニットとする。
【００３３】
そして、図３の想像線で示すように接合したフランジ２ａの下方に形成される断面台形状の空所６に補剛材３の複数を適宜間隔、例えば２〜３ｍ間隔で配置し、該補剛材３の上部および側部をＭＩＧまたはＴＩＧ溶接法によりフランジ２ａの下面および側面板２ｄの外側に接合する。これにより中空押出形材２と直交する方向に補剛材３が配置される。
【００３４】
さらに、このようにして補剛材３を溶接した中空押出形材２の下部に、裏面板４の隣接するもの２枚を配置し、この隣接する２枚の裏面板４の端部を中空押出形材２の下面板２ｃの角部近傍位置で連続的に摩擦攪拌溶接法による溶接で下面板２ｃに接合する。
【００３５】
この裏面板４の溶接は、中空押出形材２のフランジ２ａを溶接したときと同じ方向から行うことができる。よって、中空押出形材２を反転する必要がない。これにより、裏面板４が中空押出形材２と同方向に溶接されて、デッキパネル１が形成される。
【００３６】
かかるデッキパネル１をビームや主桁などのデッキパネル支持部に固定するには、裏面板４に予め取り付けてあるナット５を使用してこれにボルトを挿通して行えば、デッキパネル１の下面の全面が裏面板４で閉塞されていても容易に固定できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明のデッキパネルは、両面板を備えた中空押出形材の接合によりデッキパネルを形成する場合、裏面板を別体として、補剛材を取り付けた後に裏面板を取り付けることができるから、補剛材の取り付けのために面板を切欠いたりこれを復旧する必要がなく、補剛材の取り付けが容易となって施工性が向上し、強度もアップする。また、デッキパネル支持部への固定用のナットは裏面板の内側に予め取り付けてあるから、現場での作業工程の低減が図れるだけでなく、デッキパネルの下面が裏面板で完全に閉塞されても、デッキパネル支持部への固定も容易に行える。そして、ナットは、補剛材との接合個所の近傍に配置したから、固定強度を確保できる。
【００３８】
さらに、このデッキパネルは、アルミニウム合金を材質としているから、軽量で、保護コーティングなしでも耐蝕性があり、取扱いも便利であり、厳しい規格に対してもこれを満足させる製造が可能であり、施工性の向上も図れる。
【００３９】
デッキパネルの製造方法として、溶接方法に摩擦攪拌溶接法を採用することで溶接接合部の強度低下を防ぐことができ、摩擦攪拌溶接法による溶接で接合する場合、上面側のフランジを溶接する場合と同方向から裏面板の溶接も行えるから、中空押出形材を反転せずにそのままの状態で上下２個所の溶接が行えて施工性が向上する。また、裏面板は隣接するもの２枚を同時に中空押出形材の下部に同時に溶接できるから、さらに施工性が向上するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のデッキパネルおよびその製造方法の実施形態を示す縦断正面図である。
【図２】  本発明のデッキパネルおよびその製造方法の実施形態を示す縦断側面図である。
【図３】  本発明のデッキパネルの実施形態を示す分解斜視図である。
【図４】  従来のデッキの一部切欠いた平面図である。
【図５】  従来のデッキパネルの縦断正面図である。
【符号の説明】
１…デッキパネル                ２…中空押出形材
２ａ…フランジ                  ２ｂ…上面板
２ｃ…下面板                    ２ｄ…側面板
２ｅ…中空部                    ３…補剛材
４…裏面板                      ５…ナット
６…空所                        ７…ツール
８…溶接部                      21…エレメント
22…上部フランジ                23…下部フランジ
24…縦方向のウェブ              25…斜めのウェブ
26…空所                        27…溶接部
28…溶接部                      29…空所
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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