(57)【要約】【課題】摩擦攪拌接合用工具を用いた亀裂の補修により発生した金属屑を回収することができる金属屑回収装置を提供する。【解決手段】液体中で、部材の表面にある亀裂に対して先端部を押し付けて回転させることで、摩擦攪拌接合により亀裂を補修する摩擦攪拌接合用工具を備える金属屑回収装置であって、前記摩擦撹拌接合用工具の回転部に設けられた撹拌翼と、前記摩擦撹拌接合用工具の周囲を囲みつつ前記摩擦撹拌接合用工具の先端部側が開口する開口部を有し、前記摩擦撹拌接合用工具の先端部を前記部材に押し付けた時に前記開口部が前記部材の表面に当接して前記摩擦撹拌接合用工具の全周囲を囲む空間を形成するとともに、前記空間外に前記亀裂を補修した時に発生する金属屑を通過させない部材で構成された囲い隔壁と、前記囲い隔壁により囲まれた空間内で発生する前記金属屑を回収する金属屑回収手段と、を有する。【選択図】図１
2012200772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中で、部材の表面にある亀裂に対して先端部を押し付けて回転させることで、摩擦攪拌接合により亀裂を補修する摩擦攪拌接合用工具を備える金属屑回収装置であって、
前記摩擦撹拌接合用工具の回転部に設けられた撹拌翼と、
前記摩擦撹拌接合用工具の周囲を囲みつつ前記摩擦撹拌接合用工具の先端部側が開口する開口部を有し、前記摩擦撹拌接合用工具の先端部を前記部材に押し付けた時に前記開口部が前記部材の表面に当接して前記摩擦撹拌接合用工具の全周囲を囲む空間を形成するとともに、前記空間外に前記亀裂を補修した時に発生する金属屑を通過させない部材で構成された囲い隔壁と、
前記囲い隔壁により囲まれた空間内で発生する前記金属屑を回収する金属屑回収手段と、
を有することを特徴とする金属屑回収装置。
【請求項２】
前記金属屑回収手段は、前記摩擦撹拌接合用工具の先端部を貫通させつつ前記囲い隔壁の開口部を塞ぐ底板部材であることを特徴とする請求項１に記載の金属屑回収装置。
【請求項３】
前記金属屑回収手段は、
前記囲い隔壁の内側において前記囲い隔壁と所定間隔をおいて筒状に形成され、前記摩擦撹拌接合用工具を囲むように設けられ、前記囲い隔壁側に前記液体および前記金属屑を通過させる部材で構成された内側隔壁と、
前記囲い隔壁の開口部側において、前記囲い隔壁の端部と前記内側隔壁の端部との間を連通して設けられ、前記所定間隔の外に前記液体を通過させる一方で前記金属屑は通過させない部材で構成された金属屑遮蔽壁と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の金属屑回収装置。
【請求項４】
前記金属回収手段は、前記囲い隔壁が前記液体を通過させる一方で前記金属屑は通過させない部材で構成され、前記金属屑が絡まる態様で前記囲い隔壁内に前記金属屑を取り込むことを特徴とする請求項１に記載の金属屑回収装置。
【請求項５】
前記金属屑回収手段は、前記囲い隔壁により囲まれた空間内の前記液体を吸引する吸引手段を有することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の金属屑回収装置。
【請求項６】
前記液体は、液体ナトリウムであることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の金属屑回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、液体ナトリウム等の液体中で、部材の表面に生じている亀裂の補修を行う摩擦攪拌接合用工具の金属屑回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
部材の表面に生じている亀裂の補修を行う亀裂の補修方法として、摩擦撹拌溶接方法がある。この摩擦撹拌溶接方法は、工具と加工物との間に発生した熱や、変形されて混合される加工物材料から塑性流動の結果として生じる熱などの摩擦熱を利用し、亀裂の補修を行う方法である。ここで発生した摩擦熱は、加工品材料を軟化させ、それらを混ぜ合わせることを可能とし、亀裂を補修する。
【０００３】
このような摩擦撹拌溶接方法や摩擦撹拌溶接工具として、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された補修方法は、液体ナトリウム中で回転工具を亀裂に押し付けて回転させることにより、摩擦攪拌接合によって亀裂を補修するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０８３２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の亀裂の補修装置は、液体ナトリウム中で回転工具を加工物の亀裂に押し付けて回転させることで、摩擦攪拌接合により亀裂を補修している。この場合、補修部は、液体ナトリウムの残留もなく、加工物と同等の引張強度を得られるものの、補修部の表面に摩擦攪拌接合による施工に伴ってバリなどの金属屑が発生してしまう。補修部の周囲に発生した金属屑は、加工物の使用中に、各種機器の障害の要因となるおそれがある。そのため、この金属屑を回収することが望まれているが、液体ナトリウム中は、視認性も悪く、切削した金属屑を回収することは容易ではない。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、摩擦攪拌接合用工具を用いた亀裂の補修により発生した金属屑を回収することができる金属屑回収装置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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の金属屑回収装置は、液体中で、部材の表面にある亀裂に対して先端部を押し付けて回転させることで、摩擦攪拌接合により亀裂を補修する摩擦攪拌接合用工具を備える金属屑回収装置であって、前記摩擦撹拌接合用工具の回転部に設けられた撹拌翼と、前記摩擦撹拌接合用工具の周囲を囲みつつ前記摩擦撹拌接合用工具の先端部側が開口する開口部を有し、前記摩擦撹拌接合用工具の先端部を前記部材に押し付けた時に前記開口部が前記部材の表面に当接して前記摩擦撹拌接合用工具の全周囲を囲む空間を形成するとともに、前記空間外に前記亀裂を補修した時に発生する金属屑を通過させない部材で構成された囲い隔壁と、前記囲い隔壁により囲まれた空間内で発生する前記金属屑を回収する金属屑回収手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、金属回収装置の囲い隔壁が、摩擦撹拌接合用工具の全周囲を囲む空間を形成しているため、摩擦撹拌接合時に発生する金属屑は囲い隔壁内で閉じ込められるとともに、撹拌翼により流動する液体ナトリウムと共に囲い隔壁の外周である隔壁側に向かって移動する。このため、囲い隔壁に囲まれた空間内で発生する前記金属屑を、金属屑回収手段により回収することができる。
【０００９】
本発明の金属屑回収装置の前記金属屑回収手段は、前記摩擦撹拌接合用工具の先端部を貫通させつつ前記囲い隔壁の開口部を塞ぐ底板部材であることが、好ましい。
【００１０】
この構成によれば、囲い隔壁の外周である隔壁側に向かって移動した金属屑は、金属屑回収手段である底板部材の上に滞留するので、金属屑を回収することが容易にできる。
【００１１】
本発明の金属屑回収装置の前記金属屑回収手段は、前記囲い隔壁の内側において前記囲い隔壁と所定間隔をおいて筒状に形成され、前記摩擦撹拌接合用工具を囲むように設けられ、前記囲い隔壁側に前記液体および前記金属屑を通過させる部材で構成された内側隔壁と、前記囲い隔壁の開口部側において、前記囲い隔壁の端部と前記内側隔壁の端部との間を連通して設けられ、前記所定間隔の外に前記液体を通過させる一方で前記金属屑は通過させない部材で構成された金属屑遮蔽壁と、を備えることが、好ましい。
【００１２】
この構成によれば、金属回収装置の囲い隔壁が、摩擦撹拌接合用工具の全周囲を囲む空間を形成しているため、摩擦撹拌接合時に発生する金属屑は囲い隔壁内で閉じ込められるとともに、撹拌翼により流動する液体ナトリウムと共に囲い隔壁の外周である隔壁側に向かって移動する。このため、囲い隔壁の外周である隔壁側に向かって移動した金属屑は、金属屑回収手段を構成する内側隔壁を通過した後に金属屑遮蔽壁の上に滞留するので、金属屑を確実に回収することができる。
【００１３】
本発明の金属屑回収装置の前記金属屑回収手段は、前記囲い隔壁が前記液体を通過させる一方で前記金属屑は通過させない部材で構成され、前記金属屑が絡まる態様で前記囲い隔壁内に前記金属屑を取り込むことが、好ましい。
【００１４】
この構成によれば、囲い隔壁が、摩擦撹拌接合用工具の全周囲を囲む空間を形成しているため、摩擦撹拌接合時に発生する金属屑は囲い隔壁内で閉じ込められるとともに、撹拌翼により流動する液体ナトリウムと共に囲い隔壁の外周である隔壁側に向かって移動する。このため、囲い隔壁の外周である隔壁側に向かって移動した金属屑は、金属屑回収手段である隔壁に絡まる態様で捕捉されるので、金属屑を回収することができる。
【００１５】
本発明の金属屑回収装置の前記金属屑回収手段は、前記囲い隔壁により囲まれた空間内の前記液体を吸引する吸引手段を有することが、好ましい。
【００１６】
この構成によれば、摩擦撹拌接合時に発生する金属屑を他の金属屑回収手段の吸引手段であるポンプで吸引するので、確実に金属屑を回収することができる。これによれば、回収した金属屑を液体ナトリウム中に残存させることなく液体ナトリウム中から持ち出すことが容易にできる。
【００１７】
本発明の金属屑回収装置の前記液体は、液体ナトリウムであることが、好ましい。
【００１８】
この構成によれば、液体ナトリウム中で摩擦攪拌接合により亀裂を補修した場合でも金属屑を回収することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の摩擦撹拌接合用工具の金属屑回収装置によれば、摩擦攪拌接合用工具を用いた亀裂の補修により発生した金属屑を回収することができる金属屑回収装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本実施例１に係る金属屑回収装置の概略構成図である。
【図２】図２は、本実施例２に係る金属屑回収装置の概略構成図である。
【図３】図３は、本実施例２に係る金属屑回収装置の下面図である。
【図４】図４は、本実施例２に係る金属屑回収装置の下面図である。
【図５】図５は、本実施例３に係る金属屑回収装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る金属屑回収装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに以下に記載した下記実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２２】
以下の実施例では、高速増殖炉や次世代実証炉のプラント配管等に用いられる摩擦撹拌接合用工具の金属屑回収装置を例にして説明する。プラント配管中を流れる液体としては液体ナトリウムを対象としている。なお、これに限定されるものではなく、液体ナトリウム冷却炉の原子炉以外の補修対象設備にも適用することができ、また、液体ナトリウム以外の液体金属や水などの液体中での亀裂補修にも適用することができる。例えば、軽水炉の原子炉容器内の水中で原子炉容器の内面や炉心槽の外面の亀裂補修を行う場合などにも適用することができる。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の実施例１に係る摩擦撹拌接合用工具の金属屑回収装置の概略構成図である。以下、「摩擦撹拌接合用工具の金属屑回収装置」を「金属屑回収装置」という。
【００２４】
本実施例１において、図１に示すように、金属屑回収装置２０は、摩擦攪拌接合用工具１０を備えている。摩擦攪拌接合用工具１０は、液体ナトリウムなどの液体中で、部材３１の表面３２に生じた亀裂３３を、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ：Friction Stir Welding）によって補修するためのものである。
【００２５】
摩擦攪拌接合用工具１０は、図示しない駆動装置の出力軸に保持される回転部１１と、この回転部１１の先端部に装着されるヘッド部１２とを有している。
【００２６】
ヘッド部１２は、回転部１１の回転軸心Ｚを中心とする円柱形状をなし、回転部１１の先端部に一体に固定されてなり、この回転部１１と共に回転可能となっている。このヘッド部１２は、円柱形状の先端部の面１５に、回転軸心Ｚ上で突出したピン部１３を有している。ピン部１３は、ヘッド部１２と同心の円錐台形状をなし、このヘッド部１２の先端部に突出するように一体に固定されてなり、ヘッド部１２と共に回転可能となっている。
【００２７】
図１に示すように、摩擦撹拌接合用工具１０で亀裂３３を補修する場合、この摩擦撹拌接合用工具１０は、部材３１の表面３２に対して回転軸心Ｚを垂直に配置し、当該回転軸心Ｚを中心に矢印Ｂの方向に回転部１１を回転させる。そして亀裂３３に対して摩擦撹拌接合用工具１０の先端部（ヘッド部１２）のピン部１３を押し付けると、亀裂３３において、部材３１と摩擦攪拌接合用工具１０のピン部１３との摩擦により、部材３１が塑性流動化し、摩擦攪拌接合用工具１０のピン部１３が亀裂３３の深さ方向へと部材３１内に入り込んでいき、摩擦攪拌接合用工具１０のヘッド部１２の面１５が部材３１の表面３２に当接する。そして、塑性流動化された範囲で部材３１が攪拌されることにより、亀裂３３が接合される。更に、部材３１の表面３２に倣うようにヘッド部１２を矢印Ａの方向に移動させることで、順次、部材３１が塑性流動化されて攪拌され、亀裂３３全体が摩擦攪拌接合によって補修される。そして、摩擦攪拌接合による施工においては、亀裂３３の補修に伴ってバリなどのように薄膜の金属屑３４が発生することがある。
【００２８】
本実施例１の金属屑回収装置２０は、上記金属屑３４を回収するためのものである。図１に示すように、金属屑回収装置２０は、撹拌翼１４と、囲い隔壁３０と、金属屑回収手段である底板部材２４とを有して構成されている。
【００２９】
撹拌翼１４は、上述した摩擦攪拌接合用工具１０における回転部１１に設けられている。撹拌翼１４は、回転部１１の外周に突出した板片状のもので、回転軸心Ｚの延在方向に長尺に形成され、かつ回転軸心Ｚに対して傾斜または湾曲して形成されている。
【００３０】
囲い隔壁３０は、保持部２１と、隔壁２３とで構成されている。保持部２１は、回転部１１の基端部側を回転可能に保持するものである。保持部２１は、回転部１１の回転軸心Ｚを中心とする円形状の板片状をなし、かつ回転軸心Ｚに対して自身の板面が垂直に設けられている。このため、保持部２１は、摩擦撹拌接合用工具１０によって亀裂３３を補修するとき、部材３１の表面３２に対して自身の板面がほぼ平行に配置される。この保持部２１は、例えば、金属板やプラスチック板等のように、摩擦攪拌接合により部材３１の表面３２の亀裂３３を補修した時に発生する金属屑３４を通過させない部材で構成されている。
【００３１】
隔壁２３は、回転部１１の回転軸心Ｚを中心とする円筒形状に形成されている。隔壁２３は、基端部側が保持部２１の外周部分の下面２２に接合することで閉塞されているとともに、先端部側が開口した開口部を有している。また隔壁２３は、摩擦攪拌接合により部材３１の表面３２の亀裂３３を補修した時に発生する金属屑３４を通過させない部材で構成されている。囲い隔壁３０及び隔壁２３の部材としては、例えば、ワイヤーメッシュデミスターのような部材、三次元網目構造のフィルタ、不織布のような部材、金属メッシュ網、多孔性板等を挙げることができる。
【００３２】
このように、囲い隔壁３０は、全体として、回転部１１の先端部側が開口した開口部を有する逆円筒籠状に形成され、摩擦撹拌接合用工具１０の全周囲を囲む空間を形成している。さらに、囲い隔壁３０は、摩擦攪拌接合により部材３１の表面３２の亀裂３３を補修した時に発生する金属屑３４を通過させない部材で構成されている。
【００３３】
金属屑回収手段である底板部材２４は、回転部１１の回転軸心Ｚを中心とし、隔壁２３の先端部に固定されることで、隔壁２３の開口部を塞ぐように円形状の薄い板片として構成されている。底板部材２４は、その中心に摩擦撹拌接合用工具１０の先端部（ヘッド部１２）を貫通させる貫通孔を有し、その他の部分で隔壁２３の開口部を塞ぐように設けられている。この底板部材２４は、回転軸心Ｚに対して略垂直に設けられている。つまり、摩擦撹拌接合用工具１０によって部材３１の表面３２の亀裂３３を摩擦攪拌接合する際、図１において、部材３１の表面３２と略平行な状態で設けられる。
【００３４】
本実施例１においては、上述した摩擦撹拌接合用工具１０の摩擦攪拌接合によって亀裂３３を補修する時、摩擦撹拌接合用工具１０の回転部１１に固定されている撹拌翼１４が先端部（ヘッド部１２）と共に回転する。この撹拌翼１４の回転により摩擦撹拌接合用工具１０周囲の液体ナトリウムは撹拌されて旋回流のように流動する。さらに、本実施例１においては、金属屑回収装置２０の囲い隔壁３０が、摩擦撹拌接合用工具１０の全周囲を囲む空間を形成している。このため、先端部（ヘッド部１２）周辺で発生した金属屑３４は、当該金属屑３４を通過させない囲い隔壁３０内で閉じ込められるとともに、流動する液体ナトリウムと共に囲い隔壁３０の外周である隔壁２３側に向かって移動していく。そして金属屑３４は、隔壁２３に衝突した後、その下方の底板部材２４の上に落下し、底板部材２４の上に滞留する。なお液体ナトリウムは、矢印Ｃで示したように隔壁２３を通過して隔壁２３に囲まれた空間（囲い隔壁３０）の外へ出て行くことになる。そして、液体ナトリウム中から摩擦攪拌接合用工具１０及び金属屑回収装置２０を引き上げることで、底板部材２４の上に滞留した金属屑３４を液体ナトリウム中に残存させることなく液体ナトリウム中から持ち出すことができる。
【００３５】
なお、囲い隔壁３０の保持部２１および隔壁２３を通過しない金属屑３４の大きさとしては、例えば０．１ｍｍ以上より大きいものを想定しており、保持部２１および隔壁２３は、この大きさの金属屑３４を通過させないように設計されている。
【００３６】
このように、本実施例１の金属屑回収装置２０は、摩擦撹拌接合用工具１０の回転部１１に設けられた撹拌翼１４と、摩擦撹拌接合用工具１０の周囲を囲みつつ摩擦撹拌接合用工具１０の先端部側が開口する開口部を有し、摩擦撹拌接合用工具１０の先端部（ヘッド部１２）を部材３１に押し付けた時に、開口部が部材３１の表面に当接して摩擦撹拌接合用工具１０の全周囲を囲む空間を形成するとともに、空間外に亀裂を補修した時に発生する金属屑３４を通過させない部材で構成された囲い隔壁３０と、囲い隔壁３０により囲まれた空間内で発生する金属屑３４を回収する金属屑回収手段と、を有する。
【００３７】
この金属屑回収装置２０によれば、金属回収装置２０の囲い隔壁３０が、摩擦撹拌接合用工具１０の全周囲を囲む空間を形成しているため、摩擦撹拌接合時に発生する金属屑３４は囲い隔壁３０内で閉じ込められるとともに、撹拌翼１４により流動する液体ナトリウムと共に囲い隔壁３０の外周である隔壁２３側に向かって移動する。このため、囲い隔壁３０に囲まれた空間内で発生する金属屑３４を、金属屑回収手段により回収することができる。
【００３８】
また、本実施例１の金属屑回収装置２０では、金属屑回収手段は、摩擦撹拌接合用工具１０の先端部（ヘッド部１２）を貫通させつつ囲い隔壁３０の開口部を塞ぐ底板部材２４である。
【００３９】
この金属屑回収装置２０によれば、囲い隔壁３０の外周である隔壁２３側に向かって移動した金属屑３４は、金属屑回収手段である底板部材２４の上に滞留するので、金属屑３４を回収することができる。
【００４０】
なお、底板部材２４は、外周側の隔壁２３から内側の回転軸心Ｚに向かって上方に略円錐形状に傾斜するように形成してもよい。このように構成することにより、底板部材２４の上に滞留した金属屑３４を液体ナトリウム中に残存させることなく液体ナトリウム中から持ち出すことができる。
【００４１】
ところで、本実施例１においては、他の金属屑回収手段として、吸引手段を備えていてもよい。吸引手段は、金属屑３４を捕集するフィルタ２５と、ポンプ２６とを有している。フィルタ２５は、液体ナトリウムを通過させる一方、上記金属屑３４を通過させないものである。ポンプ２６は、保持部２１に形成された吸引口２９から保持部２１の内側面２２と隔壁２３とに囲まれた空間内にある液体ナトリウムを、金属屑３４と共に吸引するものである。フィルタ２５は、吸引口２９とポンプ２６との間の吸引経路２７に設けられている。
【００４２】
このように、吸引手段を備えた金属屑回収装置２０によれば、摩擦撹拌接合時に発生する金属屑３４を吸引手段であるポンプ２６で吸引し、フィルタ２５で捕集するので、確実に金属屑３４を回収することができる。
【００４３】
なお、本実施例１においては、吸引手段を備えた場合、囲い隔壁３０に囲まれた空間内の液体ナトリウムをポンプ２６で吸引して金属屑３４を回収することができることから、底板部材２４を設けなくてもよい。
【実施例２】
【００４４】
図２は、本発明の実施例２に係る摩擦撹拌接合用工具の金属屑回収装置の概略構成図である。なお、摩擦攪拌接合用工具１０は、上述した実施例１と同様であるため、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。図３及び図４は、本実施例２の金属屑回収装置（図２）の下面図である。
【００４５】
本実施例２において、図２に示すように、金属屑回収装置２０は、撹拌翼１４と、囲い隔壁３０と、内側隔壁４２と、金属屑遮蔽壁４３とを有して構成されている。また囲い隔壁３０と、内側隔壁４２と、金属屑遮蔽壁４３とで金属屑回収手段を構成している。
【００４６】
撹拌翼１４は、上述した摩擦攪拌接合用工具１０における回転部１１に設けられている。撹拌翼１４は、回転部１１の外周に突出した板片状のもので、回転軸心Ｚの延在方向に長尺に形成され、かつ回転軸心Ｚに対して傾斜または湾曲して形成されている。
【００４７】
囲い隔壁３０は、保持部２１と、隔壁４１とで構成されている。保持部２１は、回転部１１の基端部側を回転可能に保持するものである。保持部２１は、回転部１１の回転軸心Ｚを中心とする円形状の板片状をなし、かつ回転軸心Ｚに対して自身の板面が垂直に設けられている。このため、保持部２１は、摩擦撹拌接合用工具１０によって亀裂３３を補修するとき、部材３１の表面３２に対して自身の板面がほぼ平行に配置される。この保持部２１は、例えば、金属板やプラスチック板等のように、摩擦攪拌接合により部材３１の表面３２の亀裂３３を補修した時に発生する金属屑３４を通過させない部材で構成されている。
【００４８】
隔壁４１は、回転部１１の回転軸心Ｚを中心とする円筒形状に形成されている。隔壁４１は、基端部側が保持部２１の外周部分の下面２２に接合することで閉塞されているとともに、先端部側が開口した開口部を有している。また隔壁４１は、摩擦攪拌接合により部材３１の表面３２の亀裂３３を補修した時に発生する金属屑３４及び液体ナトリウムを通過させない部材で構成されている。隔壁４１の部材は、例えば、液体を通過させない金属板やプラスチック板等を挙げることができる。
【００４９】
このように、囲い隔壁３０は、全体として、回転部１１の先端部側が開口した開口部を有する逆円筒籠状に形成され、摩擦撹拌接合用工具１０の全周囲を囲む空間を形成している。さらに、囲い隔壁３０は、摩擦攪拌接合により部材３１の表面３２の亀裂３３を補修した時に発生する金属屑３４を通過させない部材で構成されている。
【００５０】
内側隔壁４２は、回転部１１の回転軸心Ｚを中心とする円筒形状に形成されている。内側隔壁４２は、基端部側が保持部２１の外周部分の下面２２に接合することで閉塞されているとともに、先端部側が開口した開口部を有している。内側隔壁４２は、隔壁４１の内側に位置し、隔壁４１と内側隔壁４２とで二重筒を形成している。また内側隔壁４２は、液体ナトリウムと共に金属屑３４を通過させる部材で構成されている。内側隔壁４２の部材としては、ワイヤーメッシュデミスターのような部材、金属メッシュ網、多孔性板、パンチングメタル等を挙げることができる。また内側隔壁４２は、内側から外側へ一度通過した金属屑３４を逆の内側方向へ通過させない構成となっている。金属屑３４を一方方向だけに通過させる構造としては、例えば金属メッシュ網の編み目をミクロに見た場合、ベンチュリー管のように、金属屑３４が通過する方向（液体ナトリウムの流れ）の上流側が広く、下流側が狭くなっている構造が挙げられる。また例えば、パンチングメタルの穴形状をミクロに見た場合、金属屑３４が通過する方向（液体ナトリウム流れ）の上流側から下流側にかけてすり鉢形状である構造が挙げられる。なお内側隔壁４２の構成はこれに限定されることはない。
【００５１】
金属屑遮蔽壁４３は、隔壁４１の開口部側において、隔壁４１の端部と内側隔壁４２の端部との間を連通して設けられている。つまり金属屑回収手段である、支持部２１と隔壁４１と内側隔壁４２と金属屑遮蔽壁４３とで囲まれた空間４４を形成している。金属屑遮蔽壁４３は、液体ナトリウムを通過させる一方で金属屑３４は通過させない部材で構成されている。金属屑遮蔽壁４３の部材は、例えば、ワイヤーメッシュデミスターのような部材、三次元網目構造のフィルタ、不織布のような部材、金属メッシュ網、多孔性板等を挙げることができる。
【００５２】
本実施例２においては、上述した摩擦撹拌接合用工具１０の摩擦攪拌接合によって亀裂３３を補修する時、摩擦撹拌接合用工具１０の回転部１１に固定されている撹拌翼１４が先端部（ヘッド部１２）と共に回転する。この撹拌翼１４の回転により摩擦撹拌接合用工具１０周囲の液体ナトリウムは撹拌されて旋回流のように流動する。さらに、本実施例２においては、金属屑回収装置２０の囲い隔壁３０と内側隔壁４２とが、摩擦撹拌接合用工具１０の全周囲を囲む空間を形成している。このため、先端部（ヘッド部１２）周辺で発生した金属屑３４は、当該金属屑３４を通過させない囲い隔壁３０内で閉じ込められるとともに、流動する液体ナトリウムと共に内側隔壁４２を通過して囲い隔壁３０の外周である隔壁４１側に向かって移動していく。そして金属屑３４は、内側隔壁４２を通過した後に金属屑遮蔽壁４３の上に滞留する。つまり金属屑３４は、金属屑回収手段である、保持部２１と隔壁４１と内側隔壁４２と金属屑遮蔽壁４３とで囲まれた空間４４内に滞留することになる。そして、液体ナトリウム中から摩擦攪拌接合用工具１０及び金属屑回収装置２０を引き上げることで、保持部２１と隔壁４１と内側隔壁４２と金属屑遮蔽壁４３とで囲まれた空間４４内に滞留した金属屑３４を液体ナトリウム中に残存させることなく液体ナトリウム中から持ち出すことができる。なお液体ナトリウムは、矢印Ｄで示したように内側隔壁４２を通過した後、金属屑遮蔽壁４３を通過して摩擦撹拌接合用工具１０の全周囲を囲む空間の外へ出て行くことになる。
【００５３】
なお、囲い隔壁３０の保持部２１および隔壁４１を通過しない金属屑３４の大きさとしては、例えば０．１ｍｍ以上より大きいものを想定しており、保持部２１および隔壁４１は、この大きさの金属屑３４を通過させないように設計されている。
【００５４】
このように、本実施例２の金属屑回収装置２０は、摩擦撹拌接合用工具１０の回転部１１に設けられた撹拌翼１４と、摩擦撹拌接合用工具１０の周囲を囲みつつ摩擦撹拌接合用工具１０の先端部側が開口する開口部を有し、金属屑３４を通過させない部材で構成された囲い隔壁３０と、囲い隔壁３０の内側において囲い隔壁３０と所定間隔をおいて筒状に形成され、摩擦撹拌接合用工具１０を囲むように設けられ、囲い隔壁３０側に液体および金属屑３４を通過させる部材で構成された内側隔壁４２と、囲い隔壁３０の開口部側において、囲い隔壁３０の端部と内側隔壁４２の端部との間を連通して設けられ、所定間隔の外に液体を通過させる一方で金属屑３４は通過させない部材で構成された金属屑遮蔽壁４３と、囲い隔壁３０により囲まれた空間内で発生する金属屑３４を回収する金属屑回収手段と、を有する。
【００５５】
この金属屑回収装置２０によれば、金属回収装置２０の囲い隔壁３０が、摩擦撹拌接合用工具１０の全周囲を囲む空間を形成しているため、摩擦撹拌接合時に発生する金属屑３４は囲い隔壁３０内で閉じ込められるとともに、撹拌翼１４により流動する液体ナトリウムと共に囲い隔壁３０の外周である隔壁４１側に向かって移動する。このため、囲い隔壁３０に囲まれた空間内で発生する金属屑３４を、金属屑回収手段により回収することができる。
【００５６】
また、本実施例２の金属屑回収装置２０では、金属屑回収手段は、囲い隔壁３０の内側において囲い隔壁３０と所定間隔をおいて筒状に形成され、摩擦撹拌接合用工具１０を囲むように設けられ、囲い隔壁３０側に液体ナトリウムおよび金属屑３４を通過させる部材で構成された内側隔壁４２と、囲い隔壁３０の開口部側において、囲い隔壁３０の端部と内側隔壁４２の端部との間を連通して設けられ、所定間隔の外に液体ナトリウムを通過させる一方で金属屑３４は通過させない部材で構成された金属屑遮蔽壁４３と、を備える。すなわち、金属屑回収手段は、摩擦撹拌接合用工具１０の全周囲を囲む空間を形成している、囲い隔壁３０と内側隔壁４２と金属屑遮蔽壁４３とで囲まれた空間４４を構成している。
【００５７】
この金属屑回収装置２０によれば、囲い隔壁３０の外周である隔壁４１側に向かって移動した金属屑３４は、内側隔壁４２を通過して前記空間４４に入った後に金属屑遮蔽壁４３の上に滞留するので、金属屑３４を回収することができる。
【００５８】
ところで、本実施例２においては、他の金属屑回収手段として、吸引手段を備えていてもよい。吸引手段は、金属屑３４を捕集するフィルタ２５と、ポンプ２６とを有している。フィルタ２５は、液体ナトリウムを通過させる一方、上記金属屑３４を通過させないものである。ポンプ２６は、保持部２１に形成された吸引口２９から保持部２１の内側面２２と隔壁４１と内側隔壁４２と金属屑遮蔽壁４３とに囲まれた空間４４内にある液体ナトリウムを、金属屑３４と共に吸引するものである。フィルタ２５は、吸引口２９とポンプ２６との間の吸引経路２７に設けられている。
【００５９】
このように、吸引手段を備えた金属屑回収装置２０によれば、摩擦撹拌接合時に発生する金属屑３４を吸引手段であるポンプ２６で吸引し、フィルタ２５で捕集するので、確実に金属屑３４を回収することができる。
【００６０】
なお、本実施例２においては、吸引手段を備えた場合、囲い隔壁３０と内側隔壁４２とに囲まれた空間内の液体ナトリウムをポンプ２６で吸引して金属屑３４を回収することができることから、金属屑遮蔽壁４３を設けなくてもよい。
【００６１】
また、吸引手段を備えた場合、図３に示すように、隔壁４１と内側隔壁４２とで囲まれた二重筒のように形成した空間４４内に移動した金属屑３４を吸引するための吸引口２９の位置は空間４４内であればよい。内側隔壁４２は、内側から外周側の隔壁４１側へ一度通過した金属屑３４を逆の内側方向へ通過させない構成となっているため、空間４４内に回収された金属屑３４は容易にポンプ２６で吸引することができる。
【００６２】
また、図４に示すように、空間４４の内側隔壁４２を液体ナトリウムの旋回流の流れの上流側に向かって一部分が開口した開口部４５とし、流れの下流側では内側隔壁４２と隔壁４１を連通して袋小路部４６としてもよい。この場合、撹拌翼１４により撹拌された液体ナトリウムの旋回流の流れと共に移動した金属屑３４は開口部４５から矢印Ｅで示したように空間４４内に回収され、袋小路部４６側に集められる。さらに、この構成において吸引手段を設ける場合は、空間４４内に移動した金属屑３４を吸引するための吸引口２９の位置は袋小路部４６側の空間４４内に設けることが好ましい。この構成により、袋小路部４６側に集められた金属屑３４が吸引手段により吸引されるので確実に金属屑３４を回収することができる。
【実施例３】
【００６３】
図５は、本発明の実施例３に係る摩擦撹拌接合用工具の金属屑回収装置の概略構成図である。なお、摩擦攪拌接合用工具１０は、上述した実施例１と同様であるため、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６４】
本実施例３において、図５に示すように、金属屑回収装置２０は、撹拌翼１４と、囲い隔壁３０とを有して構成されている。
【００６５】
撹拌翼１４は、上述した摩擦攪拌接合用工具１０における回転部１１に設けられている。撹拌翼１４は、回転部１１の外周に突出した板片状のもので、回転軸心Ｚの延在方向に長尺に形成され、かつ回転軸心Ｚに対して傾斜または湾曲して形成されている。
【００６６】
囲い隔壁３０は、保持部２１と、金属屑回収手段である隔壁５１とで構成されている。保持部２１は、回転部１１の基端部側を回転可能に保持するものである。保持部２１は、回転部１１の回転軸心Ｚを中心とする円形状の板片状をなし、かつ回転軸心Ｚに対して自身の板面が垂直に設けられている。このため、保持部２１は、摩擦撹拌接合用工具１０によって亀裂３３を補修するとき、部材３１の表面３２に対して自身の板面がほぼ平行に配置される。この保持部２１は、例えば、金属板やプラスチック板等のように、摩擦攪拌接合により部材３１の表面３２の亀裂３３を補修した時に発生する金属屑３４を通過させない部材で構成されている。
【００６７】
隔壁５１は、回転部１１の回転軸心Ｚを中心とする円筒形状に形成されている。隔壁５１は、基端部側が保持部２１の外周部分の下面２２に接合することで閉塞されているとともに、先端部側が開口した開口部を有している。また隔壁５１は、摩擦攪拌接合により部材３１の表面３２の亀裂３３を補修した時に発生する金属屑３４を途中で通過させない部材で構成されている。
【００６８】
このように、囲い隔壁３０は、全体として、回転部１１の先端部側が開口した開口部を有する逆円筒籠状に形成され、摩擦撹拌接合用工具１０の全周囲を囲む空間を形成している。さらに、囲い隔壁３０は、摩擦攪拌接合により部材３１の表面３２の亀裂３３を補修した時に発生する金属屑３４を途中で通過させない部材で構成されている。
【００６９】
隔壁５１は、摩擦攪拌接合により部材３１の表面３２の亀裂３３を補修した時に発生する金属屑３４を隔壁５１の途中で通過させずに絡まる態様で捕捉する部材で構成されている。つまり、隔壁５１が液体ナトリウムを通過させる一方で金属屑３４は通過させない部材で構成され、金属屑３４が絡まる態様で隔壁５１内に金属屑３４を取り込むようになっている。隔壁５１の部材としては、例えば、目の粗さの違うメッシュ状のフィルタを何層にも積層した部材を挙げることができる。つまり積層タイプのワイヤーメッシュデミスターのような構成で、摩擦撹拌接合用工具１０の全周囲を囲む空間内側のメッシュは金属屑３４が通過できる目の粗さであり、外側に向かって順次目の粗さが細かくなり、少なくとも一番外側のメッシュは金属屑３４が通過できない目の粗さであるような部材で構成されたもので、液体ナトリウムは通過することができるものである。また、例えば、三次元網目構造のフィルタで金属屑３４が内側から外側に通過する途中でフィルタ部材に絡まるように捕捉されるものである。また、例えば、不織布のような部材を何層にも積層した部材を挙げることができる。さらに、例えば、三次元織物のような部材を挙げることができる。なお隔壁５１を構成する部材は、上述したもの限ることはなく、金属屑３４を隔壁５１の途中で通過させずに捕捉する部材であれば適用することができる。
【００７０】
本実施例３においては、上述した摩擦撹拌接合用工具１０の摩擦攪拌接合によって亀裂３３を補修する時、摩擦撹拌接合用工具１０の回転部１１に固定されている撹拌翼１４が先端部（ヘッド部１２）と共に回転する。この撹拌翼１４の回転により摩擦撹拌接合用工具１０周囲の液体ナトリウムは撹拌されて旋回流のように流動する。さらに、本実施例３においては、金属屑回収装置２０の囲い隔壁３０が、摩擦撹拌接合用工具１０の全周囲を囲む空間を形成している。このため、先端部（ヘッド部１２）周辺で発生した金属屑３４は、当該金属屑３４を途中で通過させない囲い隔壁３０内で閉じ込められるとともに、流動する液体ナトリウムと共に囲い隔壁３０の外周である隔壁５１側に向かって移動していく。そして金属屑３４は、隔壁５１を通過する途中で絡まる態様で捕捉される。そして、液体ナトリウム中から摩擦攪拌接合用工具１０及び金属屑回収装置２０を引き上げることで、隔壁５１の途中で絡まる態様で捕捉された金属屑３４を液体ナトリウム中に残存させることなく液体ナトリウム中から持ち出すことができる。なお液体ナトリウムは、矢印Ｆで示したように隔壁５１を通過して摩擦撹拌接合用工具１０の全周囲を囲む空間の外へ出て行くことになる。
【００７１】
なお、囲い隔壁３０の保持部２１および隔壁５１を通過しない金属屑３４の大きさとしては、例えば０．１ｍｍ以上より大きいものを想定しており、保持部２１および隔壁５１は、この大きさの金属屑３４を通過させないように設計されている。
【００７２】
このように、本実施例３の金属屑回収装置２０は、摩擦撹拌接合用工具１０の回転部１１に設けられた撹拌翼１４と、摩擦撹拌接合用工具１０の周囲を囲みつつ摩擦撹拌接合用工具１０の先端部側が開口する開口部を有し、金属屑３４を途中で通過させない部材で構成された囲い隔壁３０と、囲い隔壁３０により囲まれた空間内で発生する金属屑３４を回収する金属屑回収手段と、を有する。
【００７３】
この金属屑回収装置２０によれば、金属回収装置２０の囲い隔壁３０が、摩擦撹拌接合用工具１０の全周囲を囲む空間を形成しているため、摩擦撹拌接合時に発生する金属屑３４は囲い隔壁３０内で閉じ込められるとともに、撹拌翼１４により流動する液体ナトリウムと共に囲い隔壁３０の外周である隔壁５１側に向かって移動する。このため、囲い隔壁３０に囲まれた空間内で発生する金属屑３４を、金属屑回収手段により回収することができる。
【００７４】
また、本実施例３の金属屑回収装置２０では、金属屑回収手段は、囲い隔壁３０が液体ナトリウムを通過させる一方で金属屑３４は通過させない部材で構成され、金属屑３４が絡まる態様で囲い隔壁３０内に金属屑３４を取り込む隔壁５１である。
【００７５】
この金属屑回収装置２０によれば、囲い隔壁３０の外周である隔壁５１側に向かって移動した金属屑３４は、金属屑回収手段である隔壁５１に絡まって捕捉されるので、金属屑３４を回収することができる。
【００７６】
ところで、本実施例３においては、他の金属屑回収手段として、吸引手段を備えていてもよい。吸引手段は、金属屑３４を捕集するフィルタ２５と、ポンプ２６とを有している。フィルタ２５は、液体ナトリウムを通過させる一方、上記金属屑３４を通過させないものである。ポンプ２６は、保持部２１に形成された吸引口２９から保持部２１の下面２２と隔壁２３とに囲まれた空間内にある液体ナトリウムを、金属屑３４と共に吸引するものである。フィルタ２５は、吸引口２９とポンプ２６との間の吸引経路２７に設けられている。
【００７７】
このように、吸引手段を備えた金属屑回収装置２０によれば、摩擦撹拌接合時に発生する金属屑３４を吸引手段であるポンプ２６で吸引し、フィルタ２５で捕集するので、確実に金属屑３４を回収することができる。
【００７８】
また吸引手段を備えた場合、図５に示すように、隔壁５１側に移動した金属屑３４を吸引するための吸引口２９の位置は隔壁５１の厚さ方向の中央部付近に設けられているが、これに限ることはなく、摩擦撹拌接合用工具１０の全周囲を囲む空間内であればよい。なお、金属屑３４をポンプ２６で吸引する場合は、隔壁５１を構成する部材の少なくとも一番外側は液体ナトリウムを通過させないようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１０  摩擦攪拌接合用工具
１１  回転部
１２  ヘッド部（先端部）
１３  ピン部
１４  撹拌翼
２０  金属屑回収装置
２１  保持部
２２  保持部下面
２３、４１、５１  隔壁
２４  底板部材
２５  フィルタ
２６  ポンプ
２７  吸引経路
２８  吸引される液体ナトリウム
２９  吸引口
３０  囲い隔壁
３１  部材
３２  部材表面
３３  亀裂
３４  金属屑
４２  内側隔壁
４３  金属屑遮蔽壁
４５  開口部
４６  袋小路部
【図１】
2012200772.tif 000003
【図２】
2012200772.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012200772.tif 000006
【図５】
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