ショットピーニングとは、冷間加工の一種で、鋼や非鉄金属の無数の丸いたま(ショット)を翼車(羽根車)、高圧空気、超音波などで高速度に加速して被加工材に衝突させる(ピーニング)加工である。加速されたショットが被加工材料に衝突すると、一般的には材料に比べショットは硬いので材料表面に丸いくぼみ(痕)が生成される。加工時間の増加と共に加工面は無数の痕でおおわれ梨地模様となる。このとき、いわゆるピーニング効果として、表面層の硬さが増し、また繰返し荷重に対しては表面層に付与された圧縮残留応力が相殺する形で作用するため疲労強度が増す。この他、耐摩耗性の向上、耐応力腐食割れ特性の向上、放熱性の向上、流体抵抗の減少等の効果がある。また、材料依存性が少ないことから、ばね、歯車、コネクティングロッドといった自動車部品から、ジェットエンジンのタービンブレード、翼、ランディングギア(脚)などの航空機関連、化学プラントなどの圧力容器、鋼橋などの鋼構造物の耐久性強化など様々な分野で利用されている。

人間も疲れると同じく、橋にも金属疲労という現象が
起きます。
そしてこのショットピーニングという技術によって金属疲労を取り除くことができる、すなわち「疲れをキャンセル」させることが可能となりました具体的に言うと溶接部には引張の残留応力が発生しており、ショットピーニングを活用。金属で打撃することにより圧縮の残留応力へ変わり金属の疲れを回復することが可能となりました。この技術を使うことにより、橋の耐久性は50年60年と「安全」に使えるようになったと考えられます。今まで行われていた「塗装」だけではなく「塗装」+「金属疲労回復」そして現場での「品質管理高度化」にも非常に貢献しているのが画期的だと考えております。研究室のラボレベルではこの想定内でした、そして実際の橋梁で計測し残留応力と研究室のラボでの残留応力を一致させることができました。この結果は驚きましたが、実験室での研究結果がそのまま現場で再現可能となったのも嬉しく思います。

福岡大学木下教授(岐阜大学)、ヤマダインフラテクノスとTOYO SEIKO NORTH AMERICA(TSNA)は、TSNAの所在地であるイディアナ州立Purdue大学と共同研究を行っております。Purdue大学は、1869年に創立され、210以上の専攻科目を持ち、特に理系と経営の分野で名高い大学です。世界で初めて航空工学を取り入れた大学であり、これまで多くの宇宙飛行士を輩出しており1969年7月20日に人類史上初めて月面に着陸したニール・アームストロング氏も卒業生になります。共同研究は鋼橋へのピーニング効果に関してですが、インフラ予防保全に協会を設立し傾注されているヤマダインフラテクノスが保有しているピーニング技術を米国にも普及させたいとの要望があり、そのための基礎実験を北米の大学で行いその成果を公表する必要性を考慮し開始いたしました。ヤマダインフラテクノスと共同研究を国内で行っている岐阜大学(現福岡大学木下教授)にも参画頂き、技術的な指導をお願いすることにいたしました。研究はショットピーニング工法とニードルピーニングの効果を疲労試験や残留応力で比較しており、これまでに多くのショットピーニングの有益性が確認され、2025年同大学で開催される第15回ショットピーニング国際会議で研究成果を発表することになっています。

私は、塗装屋として、ブラスト後の鋼橋の地肌を数多く見てきました。そして溶接継手部に発生した数多くのき裂を見てきました。き裂は発見されれば補修しますが、その後、き裂が発生した箇所と同等の疲労強度の継手部に新たなき裂が発生する可能性が高くなります。ブラスト＋重防食塗装で塗装の寿命を大きく伸ばしても、5年に1度の定期点検でき裂が発見されれば、その都度足場を架け、塗装を剥がし、桁に穴をあけ、き裂補修をしなければなりません。私は鋼橋における疲労き裂の予防保全工法の必要性を強く感じました。そこで目を付けたのが「ショットピーニング」でした。周りからは、工場の施工環境があってこそ可能なショットピーニングをどうやって既設の鋼橋で施工するのか、と言われました。しかし私たちは、不可能と言われてきた工場でのスチールブラストを現場において実現させた「循環式ブラスト工法®」の実績がありました。そして、木下教授、東洋精鋼といった心強い仲間とともに、既設鋼橋の疲労き裂予防保全技術である「循環式ショットピーニング工法」を完成させたのです。この技術は、「循環式ブラスト工法®」と共に国交省が推し進める「予防保全型メンテナンス」に大いに貢献できると確信しています。