JP2012097347A - コールドスプレー測定装置およびこれを用いる測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コールドスプレーによる噴射体の物理量を測定するコールドスプレー測定装置10であって、噴射体の温度を検出する熱電対11と、熱電対11を支持するノーズコーン15と、を具備し、ノーズコーン15の頂部15Aの半頂角θ1は、コールドスプレーによる噴射体の超音速流をマッハ数Mによって表したとき、マッハ数Mに対応するマッハ角θM以下の角度となるように形成され、熱電対11は、ノーズコーン15に内設され、ノーズコーン15の頂部15Aに熱電対11が配置される。
【選択図】図2
Description
コールドスプレーシステム100は、原料粉末としての銅の融点未満又は軟化温度以下の作動ガスとしての窒素ガスを超音速流とし、銅粉末と共にノズル110から噴射体として噴射し、固相状態のまま金属部材120に衝突させて皮膜を形成する溶射方法である「コールドスプレー」を実現する装置である。コールドスプレーシステム100は、ノズル110と、ガス加熱装置112と、粉末供給装置114と、を具備している。
なお、図2〜図6では、上述したコールドスプレーシステム100のノズル110の噴射方向Sを矢印Sで示し、コールドスプレー測定装置10が具備するノーズコーン15の円錐軸を軸Pで示している。また、図2(A)は、コールドスプレー測定装置10の全体構成を示している。図2(B)は、ノーズコーン15の頂部15Aを拡大して示しており、コールドスプレーの測定中に銅粉末が頂部15Aに堆積する状態を示している。
すなわち、コールドスプレー測定装置10では、コールドスプレーによって形成される超音速場に温度検出部11Aが存在している。そのため、コールドスプレーによる超音速場では、飛行中の航空機のように、温度検出部11Aを頂点として後方にマッハ角θMの半頂角である円錐形状の衝撃波領域ができる(マッハコーン領域)。また、銅粉末は、ノズル110よってマッハ数Mの超音速流として噴射され、ノーズコーン15の頂部15Aにてノーズコーン15およびマッハコーン領域と同様の円錐形状となって堆積する(図2(B)参照)。
コールドスプレー測定装置10は、マッハコーン領域内において、マッハコーン領域よりも小さい円錐形状であるノーズコーン15によって形成されているため、衝撃波が緩和され、超音速場においても安定して熱電対11を支持することができる。また、ノズル110より超音速流として噴射された銅粉末は、ノーズコーン15の頂部15Aにて円錐形状となって堆積するため、最初に堆積した粒子は、超音速場の影響を受けることがない。そのため、温度検出部11Aは、周囲の影響を受けずに、最初に堆積した粒子の温度を計測することができる。
なお、図3(A)は、コールドスプレー測定装置20の全体構成を示している。図3(B)は、ノーズコーン25の頂部25Aを噴射方向Sから示している。
なお、図4(A)は、コールドスプレー測定装置30の全体構成を示している。図4(B)は、ノーズコーン35の頂部35Aを拡大して示しており、コールドスプレーの計測中に銅粉末が頂部15Aに堆積する状態を示している。
なお、図5(A)は、コールドスプレー測定装置10の全体構成を示している。図5(B)は、ピトー菅41の頂部45Aを拡大して示している。図5(C)は、図5(A)のCC´断面を示している。また、コールドスプレー測定装置40は、超音速流である窒素ガスの流速を計測するものとする。
すなわち、コールドスプレー測定装置40では、コールドスプレーによって形成される超音速場に先端部41Aが存在している。そのため、飛行中の航空機のように、コールドスプレーによる超音速場における先端部41Aを頂点として後方にマッハ角θMの半頂角である円錐形状の衝撃波領域ができる(マッハコーン領域)。
コールドスプレー測定装置40は、マッハコーン領域内において、マッハコーン領域よりも小さい円錐形状であるノーズコーン45によって形成されているため、衝撃波が緩和され、超音速場においても安定してピトー菅41を支持することができる。また、ピトー菅41の先端部41Aがマッハ角θM以下の半頂角θ2となるように形成されているため、超音速場においても安定して流速を測定できる。つまり、コールドスプレー測定装置40によれば、コールドスプレーシステム100による窒素ガスの流速測定を実現することができる。
なお、図6(A)は、コールドスプレー測定装置10の全体構成を示している。図6(B)は、ノーズコーン55の頂部55Aを拡大して示している。
すなわち、コールドスプレー測定装置50では、コールドスプレーによって形成される超音速場に先端部51Aが存在している。そのため、飛行中の航空機のように、コールドスプレーによる超音速場における先端部51Aを頂点として後方にマッハ角θMの半頂角である円錐形状の衝撃波領域ができる(マッハコーン領域)。
コールドスプレー測定装置50は、マッハコーン領域内において、マッハコーン領域よりも小さい円錐形状であるノーズコーン55によって形成されているため、衝撃波を緩和し、超音速場においても安定してシース熱電対11を支持することができる。また、シース熱電対51の先端部51Aがマッハ角θM以下の半頂角θ2となるように形成されているため、超音速場においても安定して温度を測定できる。つまり、コールドスプレー測定装置50によれば、コールドスプレーシステム100による銅粉末または窒素ガスの温度測定を実現することができる。
測定方法1とは、温度測定を行う際のコールドスプレーによる噴射の前に、コールドスプレー測定装置10のノーズコーン15の円錐軸Pと、ノズル110の軸心と、をセンタリング(中央位置合わせ)する方法である。測定方法1では、実施形態1のコールドスプレー測定装置10による測定方法としたが、これに限定されない。実施形態2〜5のコールドスプレー測定装置20・30・40・50による測定方法とする構成としても良い。
なお、以下では、コールドスプレー測定装置10による測定を行う者を測定者として説明する。
すなわち、測定方法1によれば、簡易な構成で、確実にコールドスプレー測定装置10のノーズコーン15の円錐軸Pと、ノズル110の軸心と、をセンタリングできる。また、リング状レーザRLをリング状マーキング18に一致させる方法なので、測定者は、どの方向からもリング状レーザRLとリング状マーキング18との一致を確認できる。
測定方法2とは、温度測定を行う際のコールドスプレーによる噴射の前に、コールドスプレー測定装置10のノーズコーン15の円錐軸Pと、ノズル110の軸心と、をセンタリング(中央位置合わせ)する方法である。測定方法2では、実施形態1のコールドスプレー測定装置10による測定方法としたが、これに限定されない。実施形態2〜5のコールドスプレー測定装置20・30・40・50による測定方法とする構成としても良い。
なお、以下では、コールドスプレー測定装置10によって測定を行う者を測定者として説明する。
すなわち、測定方法1によれば、簡易な構成で、確実にコールドスプレー測定装置10のノーズコーン15の円錐軸Pと、ノズル110の軸心と、をセンタリングできる。
11 熱電対(温度検出手段)
11A 先端部
15 マッハコーン
15A 頂部
100 コールドスプレーシステム
110 ノズル
M マッハ数
S 噴射方向
θM マッハ角
θ1 半頂角
Claims (7)
- コールドスプレーによる噴射体の物理量を測定するコールドスプレー測定装置であって、
前記コールドスプレーは、
材料粉末の融点未満又は軟化温度以下の作動ガスを超音速流とし、前記材料粉末と共にスプレーガンのノズルから噴射体として噴射する溶射方法であって、
前記測定装置は、
前記噴射体の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段を支持するノーズコーンと、
を具備し、
前記ノーズコーンは、
円錐形状に形成され、
前記コールドスプレーの噴射方向と同軸上に前記円錐形状の円錐軸が配置され、
前記コールドスプレーの噴射方向に対向して前記円錐形状の頂部が配置され、
前記ノーズコーンの頂部の半頂角は、
前記コールドスプレーによる噴射体の超音速流をマッハ数によって表したとき、該マッハ数に対応するマッハ角以下の角度となるように形成され、
前記温度検出手段は、
温度検出部と、
前記温度検出部から延出する電線部と、
を具備し、
前記ノーズコーンに内設され、
前記ノーズコーンの頂部に温度検出部が配置される、
コールドスプレー測定装置。 - 請求項1記載のコールドスプレー測定装置であって、
前記ノーズコーンは、
前記円錐形状の側面周囲に複数のスリットが前記頂部に向かって放射状に形成され、
前記温度検出手段の前記電線部は、
前記スリットに埋設される、
コールドスプレー測定装置。 - 請求項1または2記載のコールドスプレー測定装置であって、
前記ノーズコーンの頂部には、
前記コールドスプレーの噴射方向に対して垂直な平面が形成され、
前記平面の直径は、
前記ノズルの口径以下に形成される、
コールドスプレー測定装置。 - コールドスプレーによる噴射体の物理量を測定するコールドスプレー測定装置であって、
前記コールドスプレーは、
材料粉末の融点未満又は軟化温度以下の作動ガスを超音速流とし、前記材料粉末と共にスプレーガンのノズルから噴射体として噴射する溶射方法であって、
前記コールドスプレー測定装置は、
前記噴射体の流速を検出するピトー管と、
前記ピトー管を支持するノーズコーンと、
を具備し、
前記ノーズコーンは、
円錐形状に形成され、
前記コールドスプレーの噴射方向と同軸上に前記円錐形状の円錐軸が配置され、
前記コールドスプレーの噴射方向に対向して前記円錐形状の頂部が配置され、
前記ノーズコーンの頂部の半頂角は、
前記コールドスプレーによる噴射体の超音速流をマッハ数によって表したとき、該マッハ数に対応するマッハ角以下の角度となるように形成され、
前記ピトー管は、
その先端部が前記ノーズコーンの先端部から突出するように、前記ノーズコーンの円錐軸に沿って挿設され、
前記ピトー管の前記コールドスプレーの噴射方向に対向する側の先端形状は、
前記マッハ数に対応するマッハ角以下に形成される、
コールドスプレー測定装置。 - コールドスプレーによる噴射体の物理量を測定するコールドスプレー測定装置であって、
前記コールドスプレーは、
材料粉末の融点未満又は軟化温度以下の作動ガスを超音速流とし、前記材料粉末と共にスプレーガンのノズルから噴射体として噴射する溶射方法であって、
前記コールドスプレー測定装置は、
前記噴射体の温度を検出するシース熱電対と、
前記シース熱電対を支持するノーズコーンと、
を具備し、
前記ノーズコーンは、
前記コールドスプレーの噴射方向と同軸上に前記円錐形状の円錐軸が配置され、
コールドスプレーの噴射方向に対向して前記円錐形状の頂部が配置され、
前記ノーズコーンの頂部の半頂角は、
前記コールドスプレーによる噴射体の超音速流をマッハ数によって表したとき、該マッハ数に対応するマッハ角以下となるように形成され、
前記シース熱電対は、
その先端部が前記ノーズコーンの先端部から突出するように、前記ノーズコーンの円錐軸に沿って挿設され、
前記シース熱電対のコールドスプレーの噴射方向に対向する側の先端形状は、
前記マッハ数に対応するマッハ角以下の角度となるように形成される、
コールドスプレー測定装置。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載のコールドスプレー測定装置を用いた測定方法であって、
前記ノーズコーンの側面には、
前記円錐軸を中心とするリングがマーキングされ、
前記スプレーガンのノズル近傍には、
リング状のレーザを放射するレーザポインタが配置され、
前記コールドスプレー測定装置を用いた測定方法は、
前記レーザポインタのリング状のレーザを前記ノーズコーンの側面に照射し、
前記リング状のレーザと前記ノーズコーンの側面にマーキングされたリングとを一致させ、
前記スプレーガンと前記コールドスプレー測定装置とをセンタリングする、
コールドスプレー測定装置を用いた測定方法。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載のコールドスプレー測定装置を用いた測定方法であって、
前記スプレーガンのノズル近傍には、
水平方向と平行な線分のレーザを放射する水平レーザポインタと、
鉛直方向と平行な線分のレーザを放射する鉛直レーザポインタと、
が配置され、
前記コールドスプレー測定装置を用いた測定方法は、
前記水平レーザポインタによるレーザと前記鉛直レーザポインタによるレーザとを前記ノーズコーンに照射し、
前記水平レーザポインタによるレーザと、前記鉛直レーザポインタによるレーザと、の交点を前記ノーズコーンの頂点に一致させ、
前記スプレーガンと前記コールドスプレー測定装置とをセンタリングする、
コールドスプレー測定装置を用いた測定方法。
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