JP2006247639A - コールドスプレー用ノズルならびにこれを利用したコールドスプレー装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コールドスプレー用ノズル及びこれを利用したコールドスプレー装置は、断面積が収斂する収斂引入部2と、前記収斂引入部の収斂端部に連結されるスロート部4と、前記スロート部の端部に連結される出口部6とからなる中空型のノズル部10及び前記収斂引入部の内部に位置し、その端部噴射口12が前記スロート部またはこれを過ぎた出口部内に位置するように配置される噴射チューブ20を含み、前記出口部での粉末の出口端流速が300〜1,200m/sになるようにする。
【選択図】図1
Description
さらに、本発明は、ガス/粉末供給装置に高圧用の加圧装置を備える必要がないので安価でコーティング装備を構成することができ、長時間維持補修せずに使用することができ、初期費用だけでなく運転費用も節減することができる経済的なコールドスプレー用ノズル及びこれを利用したコールドスプレー装置を提供することを目的とする。
前記収斂引入部の内部に位置し、その端部噴射口が前記スロート部またはこれを過ぎた出口部内に位置するように配置される噴射チューブ;を含み、
前記出口部での粉末の出口端流速が300〜1,200m/sになるようにすることを特徴とする。
前記噴射チューブの端部噴射口は前記スロート部、これを過ぎた緩衝チェンバまたは出口部内に位置するように配置される。
さらに、前記スロート部と出口部との形状は、前記収斂引入部から引き入れられたガスが前記噴射チューブの噴射口から噴射されたガス/粉末混合体の流動を収斂するようにしてその速度が音速になるようにした後、前記流動が再び発散するようにしている。
さらに、前記噴射チューブは、その噴射口がスロート部内または出口部内で位置変更できるようにノズルの軸方向に沿って移動が可能である。
前記緩衝チェンバは、前記所定点を基点として前記基点の中空部断面積より大きい中空部断面積を有するように垂直線的に一定幅の均一な内径の増加が行われてから、前記内径が一定比率に減少して出口部の内面に連接する形態で一定体積を形成する。前記一定比率の減少は、ノズルの中心軸から30〜60゜の角度に傾いた直線の形態で直線的に減少することが好ましい。
さらに、供給ガスの流量を調節することなく、噴射チューブの位置を移動させることによって簡単にノズルの出口から噴射される粉末の速度を制御することができるため、工程制御が容易となり、多様な工程制御手段を得ることができる。
本発明のコールドスプレー用ノズルは、断面積が収斂する収斂引入部と、前記収斂引入部の収斂端部に連結されるスロート部と、前記スロート部の端部に連結される出口部とからなる中空型のノズル部及び前記収斂引入部の内部に位置し、その端部の噴射口が前記スロート部またはこれを過ぎた出口部内に位置するように配置される噴射チューブを含み、前記出口部での粉末の出口端流速が300〜1,200m/sになるようにすることを特徴とする。
前記収斂引入部2は、噴射チューブ20を除いた部分にガスのみ供給される運搬ガスがスロート部4で音速に到達するようにするために、収斂ノズルで構成されている。これによって、前記スロート部4では運搬ガスの速度が音速に到達し、前記スロート部4から出た運搬ガスは流動が拡散される出口部6を通過するので300〜1,200m/sに加速される。
また、高速領域での噴射であるため、前記地域は圧力が相対的に低くなり、ガス/粉末混合体は一種の吸入によってノズル内に流入される。これにより、噴射チューブ20の入口端で別途の加圧を必要とせず、加圧装置を不要として装置を簡単に構成することができる。
これによって、ガス/粉末混合体の流速も超音速〜300〜1,200m/sに増大することができるので、出口部6の端部である出口端8での粉末の速度を増大させることができる。
前記出口部6の形状は、粉末が300〜1,200m/sの速度を有するようにすればその形状は制限されず、多様な形状に構成することができる。例えば、図3のように発散形状であってもよいし、図1〜図2のように直線形状であってもよい。
また、本発明のコールドスプレー用ノズルは、前記ノズルの構成に追加して、前記ノズル部10に、前記スロート部4の端部または出口部6の所定点を基点22として前記基点22の中空部断面積より大きい中空部断面積を有するように拡張された後、再び収斂して出口部内面に連接する形態で一定の体積を形成する緩衝チェンバ30をさらに含むように構成できる。この時、前記噴射チューブの端部噴射口は前記スロート部、これを過ぎた緩衝チェンバまたは出口部内に位置するように配置されることが適当である。
さらに、高速領域での噴射であるので、上述のように吸入によってノズル内に流入されるので噴射チューブ20の入口端で別途の加圧を必要としないようになり、したがって、加圧装置が不要で、装置を簡単に構成することができる。
また、この場合にも前記出口部6の形状は粉末が300〜1,200m/sの速度を有するようにすれば、その形状は制限されるものではなく、多様な形状に構成することができる。例えば、図6〜図7のように発散形状または図4〜図5のように直線形状とすることができる。
また、この場合においても、前記スロート部4は前記ノズルの最少内径部位であって同一断面で一定の長さを有する形態に構成することができる。これに関する一例は図5〜図7に示した通りであり、これによって、図5に示したように、噴射チューブの噴射口12をスロート部内、スロート部、スロート部の端部、緩衝チェンバまたは出口部内に位置させることができ、必要に応じて所望の位置に工程中または工程前後に位置変更が可能なようにすることができる。
また、本発明は上述の多様な形状の本発明のコールドスプレー用ノズル、前記ノズルの収斂引入部に連結されるガス供給装置及び前記噴射チューブに連結されるガス/粉末混合体供給装置を含むことを特徴とするコールドスプレー装置を提供する。
4 スロート部
6 出口部
8 出口端
10 ノズル部
12 噴射口
20 噴射チューブ
22 基点
24 連接部
30 緩衝チェンバ
Claims (16)
- 断面積が収斂する収斂引入部と、前記収斂引入部の収斂端部に連結されるスロート部と、前記スロート部の端部に連結される出口部とからなる中空型のノズル部;及び
前記収斂引入部の内部に位置し、その端部噴射口が前記スロート部またはこれを過ぎた出口部内に位置するように配置される噴射チューブ;を含み、
前記出口部での粉末の出口端流速が300〜1,200m/sになるようにすることを特徴とするコールドスプレー用ノズル。 - 前記ノズル部は、前記スロート部の端部または出口部の所定点を基点として前記基点の中空部断面積より大きい中空部断面積を有するように拡張されてから再び収斂して出口部内面に連接する形態で一定の体積を形成する緩衝チェンバをさらに含み、
前記噴射チューブの端部噴射口は前記スロート部、これを過ぎた緩衝チェンバまたは出口部内に位置するように配置される請求項1に記載のコールドスプレー用ノズル。 - 前記出口部は、前記スロート部の中空部断面積より大きい中空部断面積を有し直線形に構成される請求項1又は2に記載のコールドスプレー用ノズル。
- 前記出口部は、前記スロート部の中空部断面積より大きい中空部断面積を有し発散形に構成される請求項1又は2に記載のコールドスプレー用ノズル。
- 前記スロート部と出口部との形状は、前記収斂引入部から引き入れられたガスが前記噴射チューブの噴射口から噴射されたガス/粉末混合体の流動を収斂するようにしてその速度が音速になるようにした後、前記流動が再び発散するようにする請求項1〜4のいずれか1つに記載のコールドスプレー用ノズル。
- 前記スロート部は前記ノズル部の最小内径部位であって、同一断面で一定の長さを有する請求項1〜5のいずれか1つに記載のコールドスプレー用ノズル。
- 前記噴射チューブは、その噴射口がスロート部内または出口部内で位置変更できるようにノズルの軸方向に沿って移動が可能である請求項1〜6のいずれか1つに記載のコールドスプレー用ノズル。
- 前記収斂引入部、スロート部及び噴射チューブの中空部断面は円形であり、出口部の中空部断面は円形、正四角形または長方形である請求項1〜7のいずれか1つに記載のコールドスプレー用ノズル。
- 前記緩衝チェンバは、前記所定点を基点として前記基点の中空部断面積より大きい中空部断面積を有するように垂直線的に一定幅の均一な内径の増加が行われてから、前記内径が一定比率に減少して出口部の内面に連接する形態で一定体積を形成するこ請求項2〜8のいずれか1つに記載のコールドスプレー用ノズル。
- 前記一定比率の減少は、ノズルの中心軸から30〜60゜の角度に傾いた直線の形態で直線的に減少する請求項9に記載のコールドスプレー用ノズル。
- 前記収斂引入部の入力端の全体断面積が900である場合、前記スロート部でノズル部の内部と噴射チューブの外部とがなす流路の断面積は9〜25、前記噴射チューブの中空部断面積は0.25〜8、前記出口部断面積は45〜100の比率に構成され、前記収斂引入部は収斂引入部に引き入れられる引入ガスのスロート部での流速が音速に到達するようにする収斂ノズルである請求項1〜10のいずれか1つに記載のコールドスプレー用ノズル。
- 前記スロート部の内径は5mmであり、前記出口部の内径は7mmであり、前記噴射チューブの外径は4.5〜3.5mmであり、噴射チューブの内径は3〜1.5mmであり、前記噴射チューブの噴射口はその位置がスロート部の出口側端部から出口部側に0〜5mmの位置に位置する請求項1及び3〜11のいずれか1つに記載のコールドスプレー用ノズル。
- 前記スロート部はその内径が5mmであり、前記緩衝チェンバはスロート部の出口部側端部を基点として形成され緩衝チェンバ基点の内径が14mmであり、前記内径はノズル中心軸を基準に30〜60゜傾いた直線の形態で減少して前記出口部の内面と内径が7mmである地点で連接して形成され、前記出口部は前記スロート部の出口部側端部から出口端までの距離が60mmであり、出口端の内径は10mmであり、前記噴射チューブはその外径が4.5〜3.5mmであり、噴射チューブの内径が3〜1.5mmであり、前記噴射チューブの噴射口はその位置が前記緩衝チェンバ区間に位置する請求項4〜12のいずれか1つに記載のコールドスプレー用ノズル。
- 請求項1〜13のいずれか1つに記載のコールドスプレー用ノズルと、
前記ノズルの収斂引入部に連結されるガス供給装置と、
前記噴射チューブに連結されるガス/粉末混合体供給装置と
を含むことを特徴とするコールドスプレー装置。 - 請求項14のコールドスプレー装置を用いて、前記ガス供給装置から供給されるガスを音速または超音速に加速し、前記加速されたガスに前記ガス/粉末混合体供給装置から供給されたガス/粉末混合体を混合して、ガス/粉末混合体を十分に低い温度を維持した状態で前記粉末を300〜1,200m/sに加速し、被着物の表面に噴射してコーティングすることを含むことを特徴とするコールドスプレー方法。
- 請求項15のコールドスプレー方法によってコーティングされてなるコーティング物。
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