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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-65849(P2021-65849A)
(43)【公開日】2021年4月30日
(54)【発明の名称】コールドスプレー用ノズル
(51)【国際特許分類】
   B05B 7/16 20060101AFI20210402BHJP
   C23C 24/04 20060101ALI20210402BHJP
【FI】
   B05B7/16
   C23C24/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2019-194056(P2019-194056)
(22)【出願日】2019年10月25日
(71)【出願人】
【識別番号】000003997
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000486
【氏名又は名称】とこしえ特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】柴山 博久
(72)【発明者】
【氏名】松山 秀信
(72)【発明者】
【氏名】鎌田 恒吉
(72)【発明者】
【氏名】塩谷 英爾
(72)【発明者】
【氏名】内海 貴人
【テーマコード(参考)】
4F033
4K044
【Fターム(参考)】
4F033QA01
4F033QB02Y
4F033QB05
4F033QB19
4F033QD04
4F033QD15
4F033QF01X
4F033QF02Y
4F033QF08X
4F033QF15X
4F033QG33
4F033QG39
4F033QG47
4F033QH02
4F033QH07
4F033QK02X
4F033QK02Y
4F033QK04Y
4F033QK05Y
4F033QK08Y
4F033QK09X
4F033QK09Y
4F033QK16X
4F033QK16Y
4F033QK18Y
4F033QK19Y
4F033QK22Y
4F033QK23X
4F033QK23Y
4F033QK27X
4F033QK27Y
4K044BA01
4K044CA23
4K044CA71
(57)【要約】
【課題】ノズル本体の先端部を十分に冷却できるコールドスプレー用ノズルを提供する。
【解決手段】コールドスプレー装置2から供給された原料粉末Pを噴射する筒状のノズル本体26と、前記ノズル本体を囲繞して前記ノズル本体の外周面との間に冷媒流路28を形成し、前記冷媒流路を流れる冷媒Cによって前記ノズル本体を冷却する冷却ジャケット27と、を備え、前記冷却ジャケット27は、前記ノズル本体の先端部30に対する冷却能力が、先端部30以外の部位に対する冷却能力に比べて相対的に大きく構成されている。
【選択図】 図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コールドスプレー装置から供給された原料粉末を噴射する筒状のノズル本体と、
前記ノズル本体を囲繞して前記ノズル本体の外周面との間に冷媒流路を形成し、前記冷媒流路を流れる冷媒によって前記ノズル本体を冷却する冷却ジャケットと、を備え、
前記冷却ジャケットは、前記ノズル本体の先端部に対する冷却能力が、先端部以外の部位に対する冷却能力に比べて相対的に大きく構成されているコールドスプレー用ノズル。
【請求項2】
前記冷却ジャケットは、前記ノズル本体の先端部に対する冷媒の流速が、先端部以外の部位に対する冷媒の流速に比べて相対的に大きく構成されている請求項1に記載のコールドスプレー用ノズル。
【請求項3】
前記冷却ジャケットは、前記ノズル本体の先端部に対する冷媒流路の断面積が、先端部以外の部位に対する冷媒流路の断面積に比べて相対的に小さく構成されている請求項2に記載のコールドスプレー用ノズル。
【請求項4】
前記冷却ジャケットの、前記ノズル本体の先端部に対する冷媒流路に、冷媒の流れを部分的に阻害する邪魔板が設けられている請求項2又は3に記載のコールドスプレー用ノズル。
【請求項5】
前記冷却ジャケットの外周面に、ノズル本体の熱を当該外周面から放熱する放熱部が設けられている請求項1〜4のいずれか一項に記載のコールドスプレー用ノズル。
【請求項6】
前記冷却ジャケットは、前記ノズル本体の先端部に対応する先端部が着脱可能に構成されている請求項1〜5のいずれか一項に記載のコールドスプレー用ノズル。
【請求項7】
前記ノズル本体は、
内部に、先端に向かうにしたがって内径が徐々に小さくなる円錐状の圧縮部を含む第1噴射通路を有し、先端に凹部を有する筒状の第1ノズル本体と、
内部に、先端に向かうにしたがって内径が徐々に大きくなる円錐状の膨張部を含み、前記第1噴射通路と連通する第2噴射通路を有し、後端に前記凹部に挿入される挿入部を有する筒状の第2ノズル本体と、を備え、
前記凹部と前記挿入部とは、インロー結合される請求項1〜6のいずれか一項に記載のコールドスプレー用ノズル。
【請求項8】
前記第2ノズル本体は、複数の第2ノズル本体部品が互いにインロー結合されてなる請求項7に記載のコールドスプレー用ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コールドスプレー用ノズルに関するものである。
【背景技術】
【0002】
ノズル本体を冷却することにより、ノズル本体の内部への金属粒子の付着を抑えるために、筒状のノズル本体と、ノズル本体を冷却可能な冷却部材とを有するコールドスプレー用ノズルが知られている(特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2009−632号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述した従来の冷却部材は、ノズル本体を長手方向に沿って一様に冷却する構造であるため、相対的に高温となるノズル本体の先端部の冷却が不十分となる。
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、ノズル本体の先端部を十分に冷却できるコールドスプレー用ノズルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、筒状のノズル本体を囲繞してノズル本体の外周面との間に冷媒流路を形成する冷却ジャケットの冷却能力のうち、ノズル本体の先端部に対する冷却能力を、先端部以外の部位に対する冷却能力に比べて相対的に大きくすることによって、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、ノズル本体の先端部に対する冷却能力が、先端部以外の部位に対する冷却能力に比べて相対的に大きいので、ノズル本体の先端部を十分に冷却できるコールドスプレー用ノズルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】本発明のコールドスプレー用ノズルを用いてバルブシート膜が形成されるシリンダヘッドを含む内燃機関を示す断面図である。
図2図1のバルブ周辺を示す断面図である。
図3】本発明のノズルを含むコールドスプレー装置の一実施の形態を示す概略図である。
図4図3のノズルを示す縦断面図である。
図5】(A)〜(C)は、それぞれ図5のVA-VA線に沿う断面図、VB-VB線に沿う断面図、VC-VC線に沿う断面図である。
図6図4の冷却ジャケットを示す縦断面図である。
図7A図4のノズル本体を示す縦断面図である。
図7B図7Aのノズル本体の接続部分を拡大して示す縦断面図である。
図8A】本発明に係るノズル本体の他の実施形態を示す縦断面図である。
図8B】本発明に係るノズル本体のさらに他の実施形態を示す縦断面図である。
図9】本発明に係るノズル本体のさらに他の実施形態を示す縦断面図である。
図10図9の(A)XA-XA線に沿う断面図、(B)XB-XB線に沿う断面図、(C)XC-XC線に沿う断面図である。
図11】本発明に係るノズル本体のさらに他の実施形態を示す縦断面図である。
図12図11の(A)XIIA-XIIA線に沿う断面図、(B)XIIB-XIIB線に沿う断面図、(C)XIIC-XIIC線に沿う断面図である。
図13図5のノズルの他の実施形態を示す(A)側面図、(B)XIIIB-XIIIB線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、本実施形態のコールドスプレー用ノズルを用いてバルブシート膜を形成する内燃機関1について説明する。図1は、内燃機関1の断面図であり、主にシリンダヘッド周りの構成を示している。
【0010】
内燃機関1は、シリンダブロック11と、シリンダブロック11の上部に組み付けたシリンダヘッド12とを備える。この内燃機関1は、たとえば、4気筒のガソリンエンジンであり、シリンダブロック11は、図面の紙面に垂直方向に配列した4つのシリンダ11aを有する。各シリンダ11aは、図面の上下方向に往復移動するピストン13を収容する。各ピストン13は、コネクティングロッド13aを介して、図面の紙面に垂直方向に延びるクランクシャフト14と連結している。
【0011】
シリンダヘッド12のシリンダブロック11への取付面12aには、各シリンダ11aに対応する位置に、各気筒の燃焼室15を構成する4つの凹部12bが設けられている。燃焼室15は、燃料と吸入空気との混合気を燃焼するための空間であり、シリンダヘッド12の凹部12bと、ピストン13の頂面13bと、シリンダ11aの内周面とで囲まれた空間である。
【0012】
シリンダヘッド12は、燃焼室15と、シリンダヘッド12の一方の側面12cとを連通する吸気ポート16を備える。吸気ポート16は、断面が略円形の屈曲した通路とされ、側面12cに接続したインテークマニホールド(不図示)からの吸入空気を燃焼室15へ案内する。
【0013】
また、シリンダヘッド12は、燃焼室15と、シリンダヘッド12の他方の側面12dとを連通する排気ポート17を備える。排気ポート17は、吸気ポート16と同様に、断面が略円形の屈曲した通路とされ、燃焼室15における混合気の燃焼によって生じた排気ガスを、側面12dに接続したエキゾーストマニホールド(不図示)へ案内する。なお、本実施形態の内燃機関1は、1つのシリンダ11aに対し、吸気ポート16と排気ポート17とを2つずつ備えた型のエンジンである。
【0014】
また、シリンダヘッド12は、燃焼室15に対して吸気ポート16を開閉する吸気バルブ18と、燃焼室15に対して排気ポート17を開閉する排気バルブ19とを備える。吸気バルブ18は、丸棒状のバルブステム18aと、バルブステム18aの先端に設けた円盤状のバルブヘッド18bと、を備える。バルブステム18aは、シリンダヘッド12に組み付けた略円筒形状のバルブガイド18cにスライド自在に挿通する。これにより、吸気バルブ18は、燃焼室15に対し、バルブステム18aの軸方向に沿って移動自在となっている。これと同様に、排気バルブ19は、丸棒状のバルブステム19aと、バルブステム19aの先端に設けた円盤状のバルブヘッド19bと、を備える。バルブステム19aは、シリンダヘッド12に組み付けた略円筒形状のバルブガイド19cにスライド自在に挿通する。これにより、排気バルブ19は、燃焼室15に対し、バルブステム19aの軸方向に沿って移動自在となっている。
【0015】
図2に、燃焼室15と、吸気ポート16及び排気ポート17との連通部分を拡大して示す。吸気ポート16は、燃焼室15との連通部分に略円形の開口部16aを備える。この開口部16aの環状縁部に、吸気バルブ18のバルブヘッド18bと当接する環状のバルブシート膜16bを備える。吸気バルブ18は、バルブステム18aの軸方向に沿って上方に移動した場合に、バルブヘッド18bの上面がバルブシート膜16bに当接して吸気ポート16を閉塞する。また、吸気バルブ18は、バルブステム18aの軸方向に沿って下方に移動した場合に、バルブヘッド18bの上面とバルブシート膜16bとの間に隙間を形成して吸気ポート16を開放する。
【0016】
排気ポート17は、吸気ポート16と同様に、燃焼室15との連通部分に略円形の開口部17aを備える。この開口部17aの環状縁部に、排気バルブ19のバルブヘッド19bと当接する環状のバルブシート膜17bを備える。排気バルブ19は、バルブステム19aの軸方向に沿って上方に移動した場合に、バルブヘッド19bの上面がバルブシート膜17bに当接して排気ポート17を閉塞する。また、排気バルブ19は、バルブステム19aの軸方向に沿って下方に移動した場合に、バルブヘッド19bの上面とバルブシート膜17bとの間に隙間を形成して排気ポート17を開放する。
【0017】
たとえば、4サイクルの内燃機関1は、一例として、ピストン13の下降時に排気バルブ19が閉じて吸気バルブ18が開き、吸気ポート16からシリンダ11a内に混合気が導入される。続いて吸気バルブ18および排気バルブ19が閉じ、ピストン13が上昇して燃焼室15の混合気を圧縮し、ピストン13が略上死点に達したときに、図示しない点火プラグにより点火して混合気が爆発する。この爆発によりピストン13は下死点まで下降し、連結されたクランクシャフト14を介して爆発を回転力に変換する。ピストン13が下死点に達し、再び上昇を開始すると、吸気バルブ18が閉じて排気バルブ19が開き、燃焼室15の排気ガスを排気ポート17へ排出する。内燃機関1は、以上のサイクルを繰り返し行うことにより出力を発生する。
【0018】
バルブシート膜16b,17bは、シリンダヘッド12の開口部16a,17aの環状縁部にコールドスプレー法によって直接形成したものである。コールドスプレー法とは、原料粉末の融点又は軟化点よりも低い温度の作動ガスを超音速流とし、作動ガス中に搬送ガスによって搬送された原料粉末を投入してノズル先端より噴射し、固相状態のまま基材に衝突させ、原料粉末の塑性変形により皮膜を形成するものである。このコールドスプレー法は、材料を溶融させて基材に付着させる溶射法に比べ、大気中で酸化のない緻密な皮膜が得られ、材料粒子への熱影響が少ないので熱変質が抑えられ、成膜速度が速く、厚膜化が可能であり、付着効率が高いといった特性を有する。特に成膜速度が速く、厚膜が可能なことから、特に限定はされないが、内燃機関1のバルブシート膜16b,17bのような構造材料としての用途に適している。
【0019】
図3は、本発明のノズルを含むコールドスプレー装置2の一実施の形態を示す概略図である。なお、図3に示すノズル25は、当該ノズル25の概略構成のみを示し、その具体的な構成は、図4図13に示すものとする。従来のコールドスプレー装置は、金属製の機械部品や構造部品の補修等に用いられ、比較的大きな面積への成膜に利用されることが多かった。これに対し、本実施形態のコールドスプレー装置2は、特に限定はされないが、図1及び図2に示す内燃機関のシリンダヘッド12のバルブシート膜16b,17bのように、面積が比較的小さな部位への成膜に適用するために、従来のコールドスプレー装置よりも小型化したコールドスプレー用ノズル25を備える。
【0020】
本実施形態のコールドスプレー装置2は、作動ガス及び搬送ガスを供給するガス供給部21と、バルブシート膜16b,17bの原料粉末を供給する原料粉末供給部22と、原料粉末をその融点以下の作動ガスを用いて超音速流として噴射するコールドスプレーガン23とを備える。
【0021】
ガス供給部21は、圧縮ガスボンベ21a、作動ガスライン21b及び搬送ガスライン21cを備える。作動ガスライン21b及び搬送ガスライン21cには、それぞれ圧力調整器21d、流量調節弁21e、流量計21f及び圧力ゲージ21gが設けられている。圧力調整器21d、流量調節弁21e、流量計21f及び圧力ゲージ21gは、圧縮ガスボンベ21aからの作動ガス及び搬送ガスの圧力及び流量の調整に供される。
【0022】
さらに作動ガスライン21bには、電力源21hにより加熱されるヒータ21iが設置されている。作動ガスは、ヒータ21iによって、原料粉末の融点又は軟化点より低い温度に加熱した後、コールドスプレーガン23のチャンバ23aに導入される。チャンバ23aには、圧力計23bと温度計23cが設けられ、コントローラ21jが実施する圧力及び温度のフィードバック制御に供される。
【0023】
一方、原料粉末供給部22は、原料粉末供給装置22aと、これに付設される計量器22b及び原料粉末供給ライン22cを備える。圧縮ガスボンベ21aからの搬送ガスは、搬送ガスライン21cを通り、原料粉末供給装置22aに導入される。計量器22bにより計量された所定量の原料粉末は、原料粉末供給ライン22cを経て、チャンバ23aに導入される。
【0024】
コールドスプレーガン23は、その一端に本実施形態のコールドスプレー用ノズル25を備える。コールドスプレーガン23は、搬送ガスによりチャンバ23aに導入された原料粉末Pを、作動ガスにより超音速流としてコールドスプレー用ノズル25の先端から噴射し、固相状態又は固液共存状態で基材24に衝突させて皮膜24aを形成する。本実施形態では、たとえば、基材24としてシリンダヘッド12を適用し、このシリンダヘッド12の開口部16a,17aの環状縁部に、コールドスプレー法によって原料粉末Pを噴射することにより、バルブシート膜16b,17bを形成する。
【0025】
シリンダヘッド12のバルブシート膜16b,17bには、燃焼室15における吸気バルブ18や排気バルブ19からの叩き入力に耐え得る高い耐熱性及び耐磨耗性と、燃焼室15の冷却のための高い熱伝導性とが要求される。これらの要求に対し、バルブシート膜16b,17bを、たとえば、析出硬化型銅合金の粉末により形成すれば、鋳物用アルミ合金で形成したシリンダヘッド12よりも硬く、耐熱性及び耐磨耗性に優れたバルブシート膜16b,17bを得ることができる。
【0026】
また、バルブシート膜16b,17bは、シリンダヘッド12に直接形成しているので、ポート開口部に別部品のシートリングを圧入して形成する従来のバルブシートに比べ、高い熱伝導性を得ることができる。さらには、別部品のシートリングを利用する場合に比べ、冷却用のウォータジャケットとの近接化を図ることができる他、吸気ポート16及び排気ポート17のスロート径の拡大、ポート形状の最適化によるタンブル流の促進などの副次的効果も得ることができる。
【0027】
シリンダヘッド12のバルブシート膜16b,17bの形成に用いる原料粉末Pとしては、鋳物用アルミ合金よりも硬質で、バルブシートに必要な耐熱性、耐磨耗性及び熱伝導性が得られる金属であることが好ましく、たとえば、上述した析出硬化型銅合金を用いることが好ましい。また、析出硬化型銅合金としては、ニッケル及びケイ素を含むコルソン合金や、クロムを含むクロム銅、ジルコニウムを含むジルコニウム銅等を用いてもよい。さらに、たとえば、ニッケル、ケイ素及びクロムを含む析出硬化型銅合金、ニッケル、ケイ素及びジルコニウムを含む析出硬化型銅合金、ニッケル、ケイ素、クロム及びジルコニウムを含む析出硬化型合金、クロム及びジルコニウムを含む析出硬化型銅合金等を適用することもできる。
【0028】
また、複数種類の原料粉末、たとえば、第1の原料粉末と第2の原料粉末とを混合してバルブシート膜16b,17bを形成してもよい。この場合、第1の原料粉末には、鋳物用アルミ合金よりも硬質で、バルブシートに必要な耐熱性、耐磨耗性及び熱伝導性が得られる金属を用いることが好ましく、たとえば、上述した析出硬化型銅合金を用いることが好ましい。また、第2の原料粉末としては、第1の原料粉末よりも硬質な金属を用いることが好ましい。この第2の原料粉末には、たとえば、鉄基合金、コバルト基合金、クロム基合金、ニッケル基合金、モリブデン基合金等の合金や、セラミックス等を適用してもよい。また、これらの金属の1種を単独で、または2種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。
【0029】
第1の原料粉末と、第1の原料粉末よりも硬質な第2の原料粉末とを混合して形成したバルブシート膜は、析出硬化型銅合金のみで形成したバルブシート膜よりも優れた耐熱性、耐磨耗性を得ることができる。このような効果が得られるのは、第2の原料粉末により、シリンダヘッド12の表面に存在する酸化皮膜が除去されて新生界面が露出形成され、シリンダヘッド12と金属皮膜との密着性が向上するためと考えられる。また、第2の原料粉末がシリンダヘッド12にめり込むことによるアンカー効果により、シリンダヘッド12と金属皮膜との密着性が向上するためとも考えられる。さらには、第1の原料粉末が第2の原料粉末に衝突したときに、その運動エネルギの一部が熱エネルギに変換され、あるいは第1の原料粉末の一部が塑性変形する過程で発生する熱により、第1の原料粉末として用いた析出硬化型銅合金の一部における析出硬化がより促進されるためとも考えられる。
【0030】
次に、本実施形態のコールドスプレー用ノズル25(以下、単にノズル25ともいう。)について説明する。従来のコールドスプレー装置では、原料粉末の噴射を、たとえば数分間以上続けると、ノズルの内面に原料粉末が付着して堆積し、ノズルの内部が閉塞することがあった。また、従来のコールドスプレー装置では、ノズルの内面から剥がれた原料粉末の堆積物が、作動ガスにより噴射され、皮膜の一部を構成することがあった。原料粉末の堆積物は、正常な皮膜に比べてポーラスな構造であるため、形成される皮膜は組織が不均一なものとなる。
【0031】
ノズルの内面に原料粉末が付着するのは、原料粉末が高速でノズルの内面に衝突することにより、原料粉末とノズルとが塑性変形し、原料粉末とノズルの酸化膜が破壊され、原料粉末とノズルの新生面同士が接触して金属結合するためである。そのため、上述したバルブシート膜16b,17bのように、面積が比較的小さな部位への成膜に用いる小型のノズルは、ノズルの内部面積に対する壁面の割合が大きく、相対的にノズルと原料粉末との摩擦が大きくなってノズル温度が上昇し、原料粉末との衝突による塑性変形が起こりやすくなる。これにより、原料粉末の付着、堆積がより顕著に発生する。また、原料粉末の流速は、ノズル内で超音速まで上昇するので、流速が最も速くなるノズルの先端部で原料粉末の付着が顕著となる。
【0032】
本実施形態のノズル25は、面積が比較的小さな部位への成膜に適用するために、従来のコールドスプレー装置のノズルに比べて小型化したものであるが、原料粉末Pの付着及び堆積を防ぐために、ノズル25を冷却する機能を備える。ノズル25を冷却することにより、ノズル25内の温度が冷却する前と比較して低下するので、原料粉末Pが衝突しても付着するのに十分な塑性変形量が得られなくなり、原料粉末Pが付着し難くなる。詳細は後述するが、特に、本実施形態のノズル25は、ノズル本体26の先端部30に対する冷却能力が、先端部30以外の部位に対する冷却能力に比べて相対的に大きく構成されている。これにより、相対的に高温となる先端部30を十分に冷却することができる。
【0033】
図4は、コールドスプレーガン23のノズル装着部23d(図3参照)に装着される本実施形態のノズル25を示す縦断面図である。また、図5(A)〜(C)は、それぞれ図4のVA-VA線に沿う断面図、VB-VB線に沿う断面図、VC-VC線に沿う断面図、図6は、図4の冷却ジャケットを示す縦断面図、図7Aは、図4のノズル本体を示す縦断面図、図7Bは、図7Aのノズル本体の接続部分を拡大して示す縦断面図である。
【0034】
ノズル25は、図示しないノズル固定リングなどの締結部材を介して、図3のコールドスプレーガン23のノズル装着部23dに着脱可能に固定される。ノズル装着部23dは、ノズル25の内部と、コールドスプレーガン23のチャンバ23aとを接続する。したがって、コールドスプレーガン23は、チャンバ23aの原料粉末Pと作動ガスとを、ノズル装着部23dを介してノズル25に供給し、ノズル25の先端の噴射口29から噴射する。
【0035】
本実施形態のノズル25は、コールドスプレー装置2のコールドスプレーガン23から供給された原料粉末Pを噴射する筒状のノズル本体26と、ノズル本体26を囲繞してノズル本体26の外周面との間に冷媒流路28を形成し、冷媒流路28を流れる冷媒Cによってノズル本体26を冷却する冷却ジャケット27と、を備える。本例のノズル25は、ノズル本体26を、冷却ジャケット27の後端側から当該冷却ジャケット27の内部に挿入し、噴射口29を有する先端部30の一部が、冷却ジャケット27の先端から露呈するように組み立てられる。
【0036】
ノズル本体26は、図4図5図7A及び図7Bに示すように、細長い円筒形状とされ、その内部に噴射通路31が形成されている。ノズル本体26は、ステンレス鋼、工具鋼及び超硬合金などの金属や、ガラス材などで構成することができる。ノズル本体26を構成するガラス材としては、特に限定されず、ケイ酸ガラス、ケイ酸アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリ石灰ガラス、鉛ガラス、バリウムガラス、ホウケイ酸ガラス等が例示されるが、耐摩耗性ガラス、具体的にはケイ酸ガラス又はケイ酸アルカリガラスが好ましく用いられる。特にノズル本体26を、熱伝導性が高い材質、たとえば、上述した金属で構成すると、ノズル本体26の外周面を冷媒Cによって冷却することにより、内部の噴射通路31をより十分に冷却することができる。
【0037】
ノズル本体26は、噴射口29と反対側の後端部に、他の部分よりも大きな径を有する連続的又は離散的な環状のフランジ部33が形成されている。ノズル本体26を冷却ジャケット27に挿入して組み立てる場合に、ノズル本体26の先端部30は、冷却ジャケット27の先端側でノズル本体26の位置を規制し、フランジ部33は、冷却ジャケット27の後端側でノズル本体26の位置を規制する。また、ノズル本体26は、ノズル25をノズル装着部23dに取り付けた際に、フランジ部33が冷却ジャケット27とノズル装着部23dとに挟み込まれるようにして支持される。さらに、ノズル本体26のフランジ部33は、ノズル装着部23dに当接することにより、噴射通路31とチャンバ23aとを接続する。
【0038】
ノズル本体26の噴射通路31は、コールドスプレーガン23に近い後端側から順に、コンバージェント部31a、スロート部31b及びダイバージェント部31cを含んで構成されている。コンバージェント部31aは、噴射通路31の断面積が、先端に向かうに従って徐々に小さくなる円錐形状の通路である。これに対して、ダイバージェント部31cは、噴射通路31の断面積が、先端に向かうに従って徐々に大きくなる円錐形状の通路である。スロート部31bは、コンバージェント部31aとダイバージェント部31cとの接続部分であり、噴射通路31において最小の断面積となる部分である。ノズル本体26は、チャンバ23aから原料粉末Pとともに供給された作動ガスをコンバージェント部31aで圧縮し、この圧縮された作動ガスの圧力をダイバージェント部31cで開放することにより、原料粉末Pを噴射口29から超音速流で噴射する。
【0039】
本発明に係るノズル25は、1つの部品で構成してもよいが、本実施形態に係るノズル25は、図7Aに示すように、コンバージェント部(圧縮部)31aの噴射通路31を有する第1ノズル本体26Aと、ダイバージェント部(膨張部)31cの噴射通路31を有する第2ノズル本体26Bという2つの部品によって構成されている。すなわち、第1ノズル本体26Aは、略円筒形状をしたノズル本体の内部に、噴射通路31の一部を構成するコンバージェント部31aが設けられた一方のノズル本体26である。上述したように、コンバージェント部31aは、先端側に向かうにしたがって噴射通路31の断面積が徐々に小さくなるように、内周面が円錐形状とされている。コンバージェント部31aは、後端側から供給された作動ガスの圧力を高めるために設けられている。
【0040】
第1ノズル本体26Aの後端側には、上述したように、チャンバ23aと接続されるフランジ部33が設けられている。第1ノズル本体26Aの先端側には第1凹部34が形成されている。この第1凹部34に、後述する第2ノズル本体26Bの第1挿入部35が挿入されることで、第1ノズル本体26Aと第2ノズル本体26Bとが結合する。
【0041】
第2ノズル本体26Bは、略円筒形状をしたノズル本体の内部に、噴射通路31の一部を構成するダイバージェント部31cが設けられた他方のノズル本体26である。上述したとおり、ダイバージェント部31cは、先端側に向かうにしたがって噴射通路31の断面積が徐々に大きくなるように、内周面が円錐形状とされている。ダイバージェント部31cは、第1ノズル本体26Aのコンバージェント部31aよりも先端側に配置され、コンバージェント部31aと連通し、コンバージェント部31aにより高められた作動ガスの圧力を開放して、超音速まで加速させる。
【0042】
第2ノズル本体26Bの後端側には、その他の一般部と同径の円柱形状をした第1挿入部35が形成されている。この第1挿入部35は、上述したとおり、第1ノズル本体26Aの第1凹部34に挿入することで、第1ノズル本体26Aと第2ノズル本体26Bとが結合する。
【0043】
このように、第1ノズル本体26Aと第2ノズル本体26Bは、第1挿入部35が第1凹部34に挿入されることにより結合されている。第1挿入部35と、第1凹部34とは、インロー結合されている。インロー結合とは、凹部と凸部に代表されるように、2つの部材を隙間なく嵌合させることにより、互いの相対的な位置を規制し、嵌合後にガタが生じないが、取り外しも可能な結合方法をいう。
【0044】
たとえば、図7Bの拡大断面図に示すように、第1ノズル本体26Aの第1凹部34の内径をD1,第2ノズル本体26Bの第1挿入部35の外径をC1としたとき、外径C1は、たとえばφ11.2mm、その外径公差は+0.02〜+0.04mm、内径D1は、たとえば、φ11.3mm、その内径公差は−0.01〜−0.03mmとされる。このような寸法及び公差でインロー結合することにより、第1挿入部35と第1凹部34との間に生じる隙間は、0.015〜0.035mmという非常に微小なものとなる。したがって、第1ノズル本体26Aと第2ノズル本体26Bとを、互いに相対的に位置を規制しながら、嵌合後にガタが生じないように結合することができる。
【0045】
また、中実棒に、円錐状に縮まるコンバージェント部31aや円錐状に広がるダイバージェント部31cを加工するのは、簡単な作業ではない。しかしながら、本実施形態のように、ノズル本体26を、第1ノズル本体26Aと第2ノズル本体26Bという2つの別部品で構成することにより、加工が困難なコンバージェント部31aとダイバージェント部31cと別部品で形成することができるので、コンバージェント部31aとダイバージェント部31cとが1つの部品に設けられていた従来のノズル本体に比べて加工作業が容易になる。したがって、コンバージェント部31aとダイバージェント部31cの加工精度を向上させることができ、製造コストの低下と、リードタイムの短縮を図ることができる。
【0046】
また、インロー結合により、第1ノズル本体26Aと第2ノズル本体26Bとの組み立て時のアライメント調整なども不要となるので、組立工程を簡略化することができる。さらに、原料粉末Pを噴射する際にダイバージェント部31cを有する第2ノズル本体26Bの第1挿入部35が熱膨張することにより、第1挿入部35と第1凹部34とのインロー結合が、締り嵌めになる。これにより、作動ガスの漏れや、作動ガスの圧力による第1ノズル本体26Aと第2ノズル本体26Bの分離などを防止することができる。また、後述する冷却ジャケット27の冷媒流路28に冷媒を流してノズル本体26を冷却する場合に、第1挿入部35と第1凹部34とのインロー結合の部分から冷媒Cがノズル本体26の内部に流れ込むような不具合を防止することができる。
【0047】
また、第1ノズル本体26Aと第2ノズル本体26Bとを取り外して分離することもできるので、噴射通路31の壁面に付着した原料粉末Pを除去する際のメンテナンス性がより高まる。さらに、噴射通路31の壁面に対する原料粉末Pの付着がひどい場合には、たとえば、第2ノズル本体26Bのみを新しい部品に交換することもできるので、従来よりも低コストにノズル25の性能を維持することができる。特に、本実施形態の第2ノズル本体26Bは、第1ノズル本体26Aに比べて第1凹部34のような複雑な形状を含まない、比較的単純な形状であるため、製作し易く廉価である。
【0048】
また、図7Bの拡大断面図に示すように、第2ノズル本体26Bのダイバージェント部31cの後端側の内径D2は、第1ノズル本体26Aのコンバージェント部31aの先端側の内径C2よりも大きくすることが望ましい(D2>C2)。これにより、コンバージェント部31aとダイバージェント部31cとの接続部であるスロート部31bに、原料粉末Pの流れ方向に対面する段差が形成されないので、原料粉末Pが段差に当たって付着、堆積するのを防止することができる。
【0049】
さらに、第2ノズル本体26Bの第1挿入部35の外径をC1(公差下限)、第1ノズル本体26Aの先端側の内径をC2(公差上限)とし、第1ノズル本体26Aの第1凹部34の内径をD1(公差上限)、第2ノズル本体26Bの後端側の内径をD2(公差下限)としたときに、第1ノズル本体26Aの先端側の内径C2と、第2ノズル本体26Bの後端側の内径D2との関係は、(D2−C2)>(D1−C1)を満たすように設定することが望ましい。これにより、第1挿入部35の外径C1が公差下限で、第1凹部34の内径D1が公差上限となり、第1挿入部35と第1凹部34との間の隙間が最大になったとしても、第1ノズル本体26Aの先端と第2ノズル本体26Bの後端との接続部分に、段差が生じない。
【0050】
なお、上述した第1挿入部35と第1凹部34の寸法及び公差は、単なる一例であり、第1ノズル本体26A、コンバージェント部31a、第2ノズル本体26B及びダイバージェント部31cの各部位の寸法に応じて、インロー結合となるような公差を適宜設定することが望ましい。
【0051】
ところで、図7Aに示すノズル本体26において、ダイバージェント部31cを構成する第2ノズル本体26Bは、1つの部品で構成したが、図8A及び図8Bに示すノズル本体26のように、ダイバージェント部31cを構成する第2ノズル本体26Bを、軸方向において連結された複数の第2ノズル本体26B1,26B2で構成してもよい。なお、第1ノズル本体26Aと第2ノズル本体26B1との接続構造は、図7Aに示す実施形態と同じである。
【0052】
図8Aに示す実施形態のノズル本体26は、2つの第2ノズル本体26B1,26B2がインロー結合で組み立てられたものである。すなわち、第2ノズル本体26B1の先端に形成された第2凹部48に、第2ノズル本体26B2の後端側に形成された、その他の一般部と同径の円柱形状をした第2挿入部49が、インロー結合で挿入されることにより、第2ノズル本体26Bが組み立てられる。図8Aに示す一方の第2ノズル本体26B2は、外径が一様な構造体であり、第1ノズル本体26Aや他方の第2ノズル本体26B1に比べて単純な形状であるため、製作し易く廉価である。
【0053】
なお、第2ノズル本体26B2の噴射通路31の後端の内径は、第2ノズル本体26B1の噴射通路31の先端側の内径よりも大きく形成することが望ましい。また、第2ノズル本体26B2の噴射通路31の後端側の内径と、第2ノズル本体26B1の噴射通路31の先端側の内径との関係は、第2挿入部49の外径が公差下限で、第2凹部48の内径が公差上限のときでも、第2ノズル本体26B1の噴射通路31と第2ノズル本体26B2の噴射通路31との接続部に段差が生じないように設定することが望ましい。
【0054】
図8Bに示す実施形態のノズル本体26も、2つの第2ノズル本体26B1,26B2がインロー結合で組み立てられたものである。すなわち、第2ノズル本体26B2の後端に形成された第2凹部48に、第2ノズル本体26B1の先端に形成された、その他の一般部と同径の円柱形状をした第2挿入部49が、インロー結合で挿入されることにより、第2ノズル本体26Bが組み立てられる。
【0055】
なお、第2ノズル本体26B2の噴射通路31の後端の内径は、第2ノズル本体26B1の噴射通路31の先端側の内径よりも大きく形成することが望ましい。また、第2ノズル本体26B2の噴射通路31の後端側の内径と、第2ノズル本体26B1の噴射通路31の先端側の内径との関係は、第2挿入部49の外径が公差下限で、第2凹部48の内径が公差上限のときでも、第2ノズル本体26B1の噴射通路31と第2ノズル本体26B2の噴射通路31との接続部に段差が生じないように設定することが望ましい。
【0056】
図8A及び図8Bに示すように、第2ノズル本体26Bを複数の第2ノズル本体26B1,26B2によって構成すれば、交換頻度が相対的に高い部位のノズルを廉価に製作できる単純構造のものに設定することができる。たとえば、ノズル本体26の先端部が高温になり易く、噴射通路31が閉塞し易い場合には、図8Aに示すように第2ノズル本体26B2を廉価に製作できる単純な形状にすることができる。また、使用する原料粉末の材料によっては、高温の作動ガスが必要とされることがあり、このような場合、原料粉末の速度が大きいダイバージェント部31cの先端側より、ダイバージェント部31cの後端側の噴射通路31が閉塞する傾向がある。このような場合には、図8Bに示すように第2ノズル本体26B1を廉価に製作できる単純な形状にすることができる。なお、本実施形態では、第2ノズル本体26Bを2つにしたが、ノズル本体26の長さに応じて、3つ以上にしてもよい。
【0057】
図3図4図6に戻り、冷却ジャケット27は、コールドスプレーガン23に近い後端側の第1冷却ジャケット27Aと、先端側の第2冷却ジャケット27Bとを含み、第2冷却ジャケット27Bを第1冷却ジャケット27Aの先端にネジ締めすることにより、第1冷却ジャケット27Aと第2冷却ジャケット27Bが結合する。冷却ジャケット27は、その内部にノズル本体26が挿入可能な空間を備える中空筒状の部材であり、冷却ジャケット27の内径は、ノズル本体26の外径よりも大きく形成されている。そして、冷却ジャケット27は、後端側から挿入されたノズル本体26を囲繞し、ノズル本体26の外周面との間に、冷媒Cの冷媒流路28を形成する。冷媒流路28は、ノズル本体26の先端側から後端側まで延在するように設けられている。また、冷媒流路28は、図5(A)〜(C)の断面図に示すように、ノズル本体26の全周を均等な距離をもって取り囲むように設けられている。
【0058】
冷却ジャケット27の後端部には、図4に示すように、冷媒Cの導入口37が形成されたブロック38が設けられている。冷媒Cの導入口37は、ブロック38の円周方向に沿って複数形成されている。また、冷却ジャケット27の先端部には、図3及び図4に示すように、ねじ込み継手44が設けられ、このねじ込み継手44とブロック38の導入口37との間に冷媒循環回路41が設けられている。
【0059】
そして、図4に示すように、冷媒循環回路41には、冷媒Cを循環させるポンプ42と、冷媒Cを所定温度に冷却する熱交換器などからなる冷却器43が設けられている。これにより、冷却器43により所定温度に冷却された冷媒Cは、ポンプ42により導入口37へ導かれ、後端から先端に向かって冷媒流路28を通過したのち、ねじ込み継手44を介して冷媒循環回路41に回収される。
【0060】
さて、本実施形態のノズル25は、ノズル本体26の先端部30に対する冷却能力が、先端部30以外の部位に対する冷却能力に比べて相対的に大きく構成されている。ここで、ノズル本体26の先端部30とは、先端から50mm以内の範囲をいい、図4に示す構造で言えば、第2冷却ジャケット27Bにより形成される冷媒流路28の範囲に相当する部分をいう。このノズル本体26の先端部30に対する冷却能力を、先端部30以外の部位に対する冷却能力に比べて相対的に大きく構成するには、ノズル本体26の先端部30に相当する冷媒流路28と、ノズル本体26の先端部30以外の部分に相当する冷媒流路28とを別の冷媒流路28で構成し、それぞれを別の冷媒循環回路41、ポンプ42及び冷却器43に接続する。そして、相対的に低温に制御可能な冷媒C1をノズル本体26の先端部30に相当する冷媒流路28に循環させる一方、相対的に高温に制御した異なる種類の冷媒C2をノズル本体26の先端部30以外の部分に相当する冷媒流路28に循環させる。このように構成することにより、ノズル本体26の先端部30に対する冷却能力を、先端部30以外の部位に対する冷却能力に比べて相対的に大きくすることができる。ただし、2つの冷媒流路28と、それぞれの冷媒Cの温度を制御する冷媒循環回路41、ポンプ42及び冷却器43を設けると、コールドスプレー装置2が大型かつ高価なものになる。
【0061】
そのため、本実施形態のノズル25は、ノズル本体26の先端部30に対する冷媒Cの流速が、先端部30以外に対する冷媒Cの流速に比べて相対的に大きくなるように構成されている。具体的には、[1]冷却ジャケット27が、ノズル本体26の先端部30に対する冷媒流路28の断面積S1が、先端部30以外の部分に対する冷媒流路28の断面積S2に比べて相対的に小さく構成されている。[2]またはこれに代えて、若しくはこれに加えて、冷却ジャケット27の、ノズル本体26の先端部30に対する冷媒流路28に、冷媒Cの流れを部分的に阻害する邪魔板46が設けられている。[3]またはこれに代えて、若しくはこれに加えて、第2冷却ジャケット27Bの外周面に、ノズル本体26の熱を当該外周面から放熱する放熱部47が設けられている。以下、これらの実施形態について説明する。
【0062】
図4に示すように、本実施形態のノズル本体26の外周面と、冷却ジャケット27の内周面とで画成される空間(厚さを有する円筒形状の空間)が、連続する一連の冷媒流路28となる。ここで、本実施形態においては、ノズル本体26の先端部30の外周面と、第2冷却ジャケット27Bの内周面とで画成される冷媒流路28の断面積S1(図5(C)参照)が、それ以外の冷媒流路28、すなわちノズル本体26の先端部30以外の部分の外周面と、第1冷却ジャケット27Aの内周面とで画成される冷媒流路28の断面積S2(図5(A)及び図5(B)参照)に比べて相対的に小さくなるように構成されている。
【0063】
より具体的には、第1ノズル本体26Aと、これより小さい外径の第2ノズル本体26Bに対し、第1冷却ジャケット27Aの内周面の内径は、全体にわたってほぼ同じ内径とされ、第2冷却ジャケット27Bは、ほぼ全体にわたり、その内周面の内径が、第1冷却ジャケット27Aの内周面の内径より小さく形成されている。これにより、ノズル25の軸方向に延在する冷媒流路28の断面積は、先端部が最も小さく、次に後端部が小さく、中央部が最も大きく形成されている。
【0064】
冷媒循環回路41に設けられたポンプ42からの単位時間当たりの吐出流量が一定である場合、冷媒流路28の断面積が小さいほど流速が大きくなる。ノズル本体26からこれに接触する冷媒Cへ伝達する熱の熱伝達率(W/mK)は、冷媒Cの流速に比例するから、冷媒流路28の流速が大きい部位ほど、熱伝達率が大きく、したがってノズル本体26に対する冷却能力が大きい。よって、本実施形態のノズル25は、先端部の冷却能力が最も大きく、次に後端部の冷却能力が大きく、中央部の冷却能力が最も小さい。この構成により、原料粉末の噴射により最も高温になる傾向があるノズル本体26の先端部30を十分に冷却することができ、ノズル本体26の内面に原料粉末Pが付着して堆積し、ノズル本体26の内部が閉塞するといった不具合の発生を抑制することができる。
【0065】
次に、ノズル本体26の先端部30に対する冷媒Cの流速が、先端部30以外に対する冷媒Cの流速に比べて相対的に大きくなるように構成する他の実施形態を説明する。図9は、本発明に係るノズル本体26のさらに他の実施形態を示す縦断面図、図10は、図9の(A)XA-XA線に沿う断面図、(B)XB-XB線に沿う断面図、(C)XC-XC線に沿う断面図である。また、図11は、本発明に係るノズル本体26のさらに他の実施形態を示す縦断面図、図12は、図11の(A)XIIA-XIIA線に沿う断面図、(B)XIIB-XIIB線に沿う断面図、(C)XIIC-XIIC線に沿う断面図である。
【0066】
本実施形態では、第2冷却ジャケット27Bの、ノズル本体26の先端部30に対する冷媒流路28に、冷媒Cの流れを部分的に阻害する邪魔板46が設けられている。すなわち、図9及び図10に示す実施形態では、ノズル本体26の先端部30に対する冷媒流路28のXA-XA線の位置と、XB-XB線の位置と、XC-XC線の位置という、たとえば3か所に邪魔板46が設けられている。冷媒流路28のXA-XA線の位置には、その上下のそれぞれに、冷媒流路28を部分的に塞ぐ邪魔板46が設けられ、冷媒流路28のXB-XB線の位置には、その左右のそれぞれに、冷媒流路28を部分的に塞ぐ邪魔板46が設けられ、冷媒流路28のXC-XC線の位置には、その上下のそれぞれに、冷媒流路28を部分的に塞ぐ邪魔板46が設けられている。
【0067】
冷媒流路28を流れる冷媒Cは、図9の左から右に向かって流れるが、冷媒流路28のXA-XA線の位置において、上下のそれぞれに設けられた邪魔板46によって、流れの上層と下層は、そのまま流下することが阻害される。このため、上層及び下層の流れが、第2ノズル本体26Bの外周面の円周方向に沿う乱流となる。続く冷媒流路28のXB-XB線の位置において、左右のそれぞれに設けられた邪魔板46によって、流れの左層と右層は、そのまま流下することが阻害される。このため、左層及び右層の流れが、第2ノズル本体26Bの外周面の円周方向に沿う乱流となる。さらに続く冷媒流路28のXC-XC線の位置において、上下のそれぞれに設けられた邪魔板46によって、流れの上層と下層は、そのまま流下することが阻害される。このため、上層及び下層の流れが、第2ノズル本体26Bの外周面の円周方向に沿う乱流となる。このようにして、邪魔板46により冷媒Cが撹拌されることにより、邪魔板46がない他の冷媒流路28の部分に比べて流速を高めることができる。
【0068】
また、図11及び図12に示す実施形態では、ノズル本体26の先端部30に対する冷媒流路28のXIIA-XIIA線の位置と、XIIB-XIIB線の位置と、XIIC-XIIC線の位置という、たとえば3か所に邪魔板46が設けられている。冷媒流路28のXIIA-XIIA線の位置には、冷媒流路28の上半分を部分的に塞ぐ邪魔板46が設けられ、冷媒流路28のXIIB-XIIB線の位置には、冷媒流路28の下半分を部分的に塞ぐ邪魔板46が設けられ、冷媒流路28のXIIC-XIIC線の位置には、冷媒流路28の上半分を部分的に塞ぐ邪魔板46が設けられている。
【0069】
冷媒流路28を流れる冷媒Cは、図11の左から右に向かって流れるが、冷媒流路28のXIIA-XIIA線の位置において、冷媒流路28の上半分に設けられた邪魔板46によって、流れの上半分層は、そのまま流下することが阻害される。このため、上半分層の流れが、第2ノズル本体26Bの外周面の円周方向に沿う乱流となる。続く冷媒流路28のXIIB-XIIB線の位置において、冷媒流路28の下半分に設けられた邪魔板46によって、流れの下半分層は、そのまま流下することが阻害される。このため、下半分層の流れが、第2ノズル本体26Bの外周面の円周方向に沿う乱流となる。さらに続く冷媒流路28のXIIC-XIIC線の位置において、冷媒流路28の上半分に設けられた邪魔板46によって、流れの上半分層は、そのまま流下することが阻害される。このため、上半分層の流れが、第2ノズル本体26Bの外周面の円周方向に沿う乱流となる。このようにして、邪魔板46により冷媒Cが撹拌されることにより、邪魔板46がない他の冷媒流路28の部分に比べて流速を高めることができる。
【0070】
次に、ノズル本体26の先端部30に対する冷媒Cの流速が、先端部30以外に対する冷媒Cの流速に比べて相対的に大きくなるように構成するさらに他の実施形態を説明する。図13は、ノズル25の他の実施形態を示す(A)側面図、(B)XIIIB-XIIIB線に沿う断面図である。本実施形態では、第2冷却ジャケット27Bの外周面に、ノズル本体26の熱を当該外周面から放熱する放熱部47が設けられている。なお、図示する放熱部47は、第2冷却ジャケット27Bの外周面から突出する板状の部材で構成したが、第2冷却ジャケット27Bの外周面にローレット加工など、表面粗度を大きくする表面処理を施してもよい。このように、放熱部47を第2冷却ジャケット27Bの外周面に形成することで、第2冷却ジャケット27Bの放熱面積が大きくなり、その結果、放熱部47が設けられていない他の冷却ジャケット27の部位に比べて冷却能力を高めることができる。
【0071】
以上のとおり、本実施形態のコールドスプレー用ノズル25によれば、冷却ジャケット27の、ノズル本体26の先端部30に対する冷却能力を、先端部30以外の部位に対する冷却能力に比べて相対的に大きく構成したので、原料粉末の噴射により最も高温になる傾向があるノズル本体26の先端部30を十分に冷却することができる。その結果、ノズル本体26の内面に原料粉末Pが付着して堆積し、ノズル本体26の内部が閉塞するといった不具合の発生を抑制することができる。
【0072】
また、本実施形態のコールドスプレー用ノズル25によれば、冷却ジャケット27の、ノズル本体26の先端部30に対する冷媒Cの流速が、先端部30以外の部位に対する冷媒の流速に比べて相対的に大きくなるように構成したので、ノズル本体26の先端部30に対する冷却能力を、先端部30以外の部位に対する冷却能力に比べて相対的に大きくすることができる。これにより、原料粉末の噴射により最も高温になる傾向があるノズル本体26の先端部30を十分に冷却することができる。その結果、ノズル本体26の内面に原料粉末Pが付着して堆積し、ノズル本体26の内部が閉塞するといった不具合の発生を抑制することができる。
【0073】
また、本実施形態のコールドスプレー用ノズル25によれば、冷却ジャケット27の、ノズル本体26の先端部30に対する冷媒流路28の断面積S1を、先端部30以外の部位に対する冷媒流路28の断面積S2に比べて相対的に小さく構成したので、ノズル本体26の先端部30に対する冷媒Cの流速を、先端部30以外の部位に対する冷媒の流速に比べて相対的に大きくすることができる。これにより、ノズル本体26の先端部30に対する冷却能力を、先端部30以外の部位に対する冷却能力に比べて相対的に大きくすることができる。
【0074】
また、本実施形態のコールドスプレー用ノズル25によれば、冷却ジャケット27の、ノズル本体26の先端部30に対する冷媒流路28に、冷媒Cの流れを部分的に阻害する邪魔板46を設けたので、冷媒Cが撹拌される結果、冷媒Cの流速を高めることができる。これにより、ノズル本体26の先端部30に対する冷却能力を、先端部30以外の部位に対する冷却能力に比べて相対的に大きくすることができる。
【0075】
また、本実施形態のコールドスプレー用ノズル25によれば、第2冷却ジャケット27Bの外周面に、ノズル本体26の熱を当該外周面から放熱する放熱部47を設けたので、第2冷却ジャケット27Bの放熱面積が大きくなり、その結果、放熱部47が設けられていない他の冷却ジャケット27の部位に比べて冷却能力を高めることができる。
【0076】
また、本実施形態のコールドスプレー用ノズル25によれば、第2冷却ジャケット27Bを、第1冷却ジャケット27Aに対して着脱可能に構成したので、冷媒流路28の断面積S1を狭小にするための機械加工の作業性が良好となる。これに加え、第1冷却ジャケット27Aから第2冷却ジャケット27Bを取り外すだけで、第2ノズル本体26Bを取り外して保守点検又は交換することができる。
【0077】
また、本実施形態のコールドスプレー用ノズル25によれば、ノズル本体26は、第1ノズル本体26Aと第2ノズル本体26Bとをインロー結合するように構成されているので、噴射通路31の壁面に対する原料粉末Pの付着がひどい場合には、製作し易く廉価な第2ノズル本体26Bのみを新しい部品に交換することもできるので、従来よりも低コストにノズル25の性能を維持することができる。
【0078】
また、本実施形態のコールドスプレー用ノズル25によれば、第2ノズル本体26Bは、複数の第2ノズル本体26B1,26B2が互いにインロー結合されてなるので、交換頻度が高い部位に製作し易く廉価な構造の第2ノズル本体部品を配置することができる。
【符号の説明】
【0079】
1…内燃機関
11…シリンダブロック
11a…シリンダ
12…シリンダヘッド
12a…取付面
12b…凹部
12c,12d…側面
13…ピストン
13a…コネクティングロッド
13b…ピストンの頂面
14…クランクシャフト
15…燃焼室
16…吸気ポート
16a…開口部
16b…バルブシート膜
17…排気ポート
17a…開口部
17b…バルブシート膜
18…吸気バルブ
18a…バルブステム
18b…バルブヘッド
18c…バルブガイド
19…排気バルブ
19a…バルブステム
19b…バルブヘッド
19c…バルブガイド
2…コールドスプレー装置
21…ガス供給部
21a…圧縮ガスボンベ
21b…作動ガスライン
21c…搬送ガスライン
21d…圧力調整器
21e…流量調節弁
21f…流量計
21g…圧力ゲージ
21h…電力源
21i…ヒータ
21j…コントローラ
22…原料粉末供給部
22a…原料粉末供給装置
22b…計量器
22c…原料粉末供給ライン
23…コールドスプレーガン
23a…チャンバ
23b…圧力計
23c…温度計
23d…ノズル装着部
24…基材
24a…皮膜
25…コールドスプレー用ノズル
26…ノズル本体
26A…第1ノズル本体
26B…第2ノズル本体
27…冷却ジャケット
27A…第1冷却ジャケット
27B…第2冷却ジャケット
28…冷媒流路
29…噴射口
30…先端部
31…噴射通路
31a…コンバージェント部
31b…スロート部
31c…ダイバージェント部
33…フランジ部
34…第1凹部
35…第1挿入部
37…導入口
38…ブロック
41…冷媒循環回路
42…ポンプ
43…冷却器
44…ねじ込み継手
46…邪魔板
47…放熱部
48…第2凹部
49…第2挿入部
P…原料粉末
C…冷媒
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7A
図7B
図8A
図8B
図9
図10
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図13