JP2012140707A - スプレーコーティングガンで用いるためのノズル - Google Patents

Abstract

【課題】アクセスし難い表面上に粒子をコールドスプレーするための角度付きノズルを提供すること。
【解決手段】基材にコーティング材料を施工するためスプレーコーティングガンと共に使用するノズル。ノズルは、コーティング材料を放出するよう動作可能な吐出部分を含む。ノズルはまた、原材料を受け取るように動作可能な材料受入部分を含む。吐出部分が前記材料受入部分から角度がつけられ、コーティング材料が吐出部分から吐出されて基材の領域と衝突し結合するようになる。吐出部分は、コーティング材料を任意の位置で施工するように吐出部分を位置付けることができる。
【選択図】 図１

Description

本開示は、スプレーコーティングガンで用いるためのノズルに関し、詳細には、アクセスし難い表面上に粒子をコールドスプレーするための角度付きノズルに関する。

コールドスプレーコーティングシステム及び方法は、対象物の表面又は基材に様々なタイプのコーティングを施工するのに使用される。例えば、スチール製機械部品は、機械部品の腐食を防ぐための材料の保護層でコーティングすることができる。

コールドスプレー法は、例えばヘリウム、窒素、及び空気などの高圧ガスと、例えば金属、高融点金属、合金、及び複合材料のような粉体形態のコーティング材料とを受け取るスプレーガンを用いる。粉粒体がスプレーガン内のガス流内に加圧下で導入されて、ノズルから吐出される。ガス流速度は、ノズル内で及び／又はノズルから吐出された後に超音速になることができる。粒子は、超音速に達することができるガス流内で高速に加速される。

粉体は高速で基材に衝突する。粉体の運動エネルギーにより、粉粒体が基材との衝突で変形及び平坦化されるようになる。平坦化は、基材との金属結合、機械的結合、又は金属と機械的結合の組み合わせを強化し、基材上の保護コーティングを生じさせる。コールドスプレー法の利点には、飛行中の相変化及び粒子の酸化が無視できるほどゼロであること、及び結合粒子の接着強度が高いことが含まれる。

プロセスガスを超音速まで加速するのに用いられる縮小拡大ノズルを備えたスプレーガンは、一般に扱い難く、円柱軸又は矩形軸に沿って３〜１０インチである。これらの標準的な直線状ノズルスプレーガンは、多くの用途での使用には適しているが、例えばガスタービンの移行部品又は内燃エンジンのシリンダなど、アクセスし難い内部区域及び閉鎖スペースにおいて対象物の表面上に粒子を堆積させるためにノズルを適切に位置決めすることができないので、これらの区域では用いることができないことが多い。

最適なスプレー状態は、通常、高速粒子ができる限り直角近くで基材と衝突するときに得られる。これは、ノズルの長さにより直角でのスプレーが可能にはならないので、閉鎖した小区域においては依然として問題がある。例えば長さ８インチのノズルでは、直角でスプレーするためには１０インチのクリアランスが必要となる。小部品ではこのようなクリアランスは利用できないことが多い。基材に対してほぼ９０度の角度以外の角度でスプレーが実施された場合、粒子が部品又は基材にあまり効果的には結合されず、影響を受ける領域に堆積される材料が少なくなるので、プロセス効率が低下する。

米国特許第５，３０２，４１４号明細書

従って、アクセスし難い場所、すなわち従来のノズルではアクセスできない閉鎖区域内の場所にスプレーする能力を有するノズルを備えたスプレーガンを提供することが有利となる。

例示的な実施形態は、基材にコーティング材料を施工するためのノズルを含む。ノズルは、コーティング材料を放出するよう動作可能な吐出部分を含む。ノズルはまた、原材料を受け取るように動作可能な材料受入部分を含む。吐出部分は、材料受入部分から角度がつけられ、コーティング材料が吐出部分から吐出されて基材の領域と衝突し結合するようになる。吐出部分は、コーティング材料を任意の位置に施工するように位置付けることができる。

例示的な実施形態は、基材にコーティング材料を施工するためのキネティックスプレーコーティングガンを含む。キネティックスプレーコーティングガンは、材料受入部分とノズル吐出部分とを有するノズルを含む。ノズル吐出部分は、コーティング材料を放出するよう動作可能である。ノズル吐出部分の長手方向軸線は、材料受入部分の長手方向軸線に対して角度がつけられ、コーティング材料を基材の領域と衝突させて接合するようにする。ノズル吐出開口は、任意の位置にコーティング材料を施工するよう位置付けることができる。

キネティックプロセスによって基材にコーティング材料を施工する方法は、ノズルの材料受入部分に原材料を供給する段階と、原材料を混合してコーティング材料を形成する段階と、コーティング材料を加速する段階と、コーティング材料を材料受入部分の長手方向軸線に対してある角度でノズルの吐出部分から吐出する段階と、を含む。ノズルの吐出部分は、任意の位置で基材にコーティング材料を施工するよう位置付けることができる。

本発明の他の特徴及び利点は、例証として本発明の原理を示す添付図面を参照しながら、以下の好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかになるであろう。

キネティックスプレーシステムの例示的な実施形態の概略図。 角度付きノズルの第１の例示的な実施形態を備えたスプレーガン組立体の例示的な実施形態の概略部分切り欠き側面図。 角度付きノズルの第２の例示的な実施形態を備えたスプレーガン組立体の例示的な実施形態の概略部分切り欠き側面図。 角度付きノズルの第３の例示的な実施形態を備えたスプレーガン組立体の例示的な実施形態の概略部分切り欠き側面図。 角度付きノズルの第４の例示的な実施形態を備えたスプレーガン組立体の例示的な実施形態の概略部分切り欠き側面図。 コールドスプレーガン組立体に対して移動可能な角度付きノズルの第５の例示的な実施形態を備えた、スプレーガン組立体の例示的な実施形態の概略部分切り欠き側面図。 約９０度でない角度でコーティング材料を堆積させる従来のスプレーシステム（破線で示す）と比べて、基材に対して約９０度でコーティング材料を堆積させるキネティックスプレー（実線で示す）の例示的な実施形態の概略図。

以下の詳細な説明において、様々な実施形態を十分に理解するために、多数の具体的な詳細事項が記載されている。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの特定の詳細なしに実施することができ、図示の実施形態に限定されず、多様な代替の実施形態で実施することができる点は、当業者であれば理解するであろう。場合によっては、公知の方法、手順、及び部品は詳細に説明していない。

更に、種々の工程は、実施形態の理解に役立つような様態で実施される複数の別個のステップとして説明することができる。更に、表現「１つの実施形態では」又は「ある実施形態では」の繰り返しの使用は、必ずしも同じ実施形態について言及している訳ではないが、同じ実施形態を指すことも可能である。最後に、本明細書で使用される用語「備える」、「含む」、及び同様のものは、別途指定されない限り、同義語であることを意味する。

本開示は、閉鎖区域及び従来のコールドスプレーノズルがアクセスできない内径を有する区域に対してコールドスプレー技法を適用する物品及びプロセスに関する。

一般に、限定ではないが、金属、合金、サーメット、又は複合材料などの粉体材料を表面又は基材上に堆積するコールドスプレーなどのキネティックスプレープロセスは、衝突時に粒子が塑性的に変形して表面又はその前に堆積させた層上に結合されるように、粒子を十分高速に加速させるのに必要十分なエネルギーを提供する点で有利である。本プロセスは、比較的高密度のコーティング又は構造的堆積の蓄積を可能にする。

キネティックシステムは、キネティックスプレーガンを用いて対象物（基材）の表面にコーティングを施工する。図１は、キネティックシステムの１つのタイプであるコールドスプレーシステム１００の例示的な実施形態を示す。システム１００は、スプレーガン１０２、粉体送給機１０４、及び制御ユニット１０６を含む。例えば、レーザ及び加熱素子のような熱源１０８を設けてもよいが、必須ではない。システム１００はまた、ガスヒータ１１２を含むことができる。スプレーガン１０２は、粉体管路１１４を介して粉体送給機１０４に接続され、更に、ガス管路１１６を介してガスヒータ１１２に接続される。センサライン１１８は、スプレーガン１０２内の温度及び圧力センサ（図示せず）を制御ユニット１０６に通信可能に接続することができる。制御ライン１２０は、制御ユニット１０６をガスヒータ１１２、粉体送給機１０４、熱源１０８、及びスプレーガン１０２内のセンサに通信可能に接続することができる。

作動時には、スプレーガン１０２は、ガスヒータ１１２を介してガス源から加圧ガスを受け取る。ガスヒータ１１２は、最大で１０００℃の温度まで、通常は６００℃未満の温度までガスを加熱する。代替の実施形態において、ガスヒータ１１２は、バイパスを設けて、加熱されない加圧ガスを提供することができる。限定ではないが、コーティング材料又は粉体化コーティング材料などの原材料は、加圧下で粉体管路１１４を介してスプレーガン１０２に供給される。コーティング材料は、スプレーガン１０２において内部でガス流に導入される。コーティング材料は、スプレーガン１０２の縮小又は拡大領域に送給することができる。膨張ガス及びコーティング材料の流れは、スプレーガン１０２内のノズルの拡大領域から流出する。コーティング材料が対象物（基材）１２２に衝突すると、コーティング材料の粒体が平坦化及び変形し、基材２２上にコーティングを形成する。制御ユニット１０６は、例えばガスヒータ１１２及び粉体送給機１０４を含むプロセスを制御し、スプレーガンセンサからの圧力及び温度測定値を受け取る。

任意選択の熱源１０８は、１以上のレーザ又は、例えば加熱素子のような他のタイプの熱源を含むことができる。例証の目的で、実施形態は、熱源１０８としてレーザユニットを含む。レーザは、レーザビーム（図示せず）を放出する。レーザビームを用いて、コーティング材料の施工前に基材１２２のある領域を予熱することができる。コーティング材料の施工前に基材１２２のある領域を予熱することは、施工されるコーティングの性能及び特性を改善するのに望ましいとすることができる。予熱はまた、コーティング材料の追加コーティングの施工前に基材のコート領域を加熱するのに用いることができる。レーザはまた、堆積物、基材、及び／又はこれらの組み合わせをアニールするのに用いることができる。

図２は、ノズル２０２を有するスプレーガン組立体２００の例示的な実施形態の部分切り欠き側面図を示す。ノズル２０２は、材料受入部分又は延長部分２０４と、吐出部分又は縮小拡大部分２０６とを有する。図２に示す実施形態において、延長部分２０４は、組立体２００の主本体部分２０８のプリチャンバ２０３から延びて、該延長部分２０４がプロセス入口２１０を介してプロセスガスを受け取り、粉体入口２１２を介してコーティング材料を受け取るようになる。図２に示すように、送給管２０５は、粉体入口２１２から直接縮小拡大部分２０６の縮小部に延びている。或いは、送給管２０５は、拡大部に延びることができる。縮小拡大部分２０６は、延長部分２０４に取り付けられる角度部分又は曲げ部２１４から延びて、縮小拡大部分２０６の長手方向軸線が延長部分２０４の長手方向軸線に対して角度がつけられるようになる。

角度又は曲げ部２１４により、ノズル２０２を用いて内部区域及び閉鎖スペース（例えば、ガスタービンの移行部品、ＩＣエンジンのシリンダ、その他）にコールドスプレーを施工することが可能になる。図２に示す実施形態は、９０度の角度又は曲げ部を有するが、角度又は曲げ部２１４は、延長部分２０４の長手方向軸線に対して、約０度から約１８０度、より具体的には約３０度から約１５０度、更に具体的には約６０度から約１２０度、また更に具体的には約７５度から約１０５度の範囲にわたることができる。従って、ノズル２０２は、スプレー側に角度を持たない従来の直線状ノズルがアクセスできない閉鎖区域とすることができる場所にスプレーするよう位置付けることができる。延長部分２０４に対して縮小拡大部分２０６に角度をつけることによって、縮小拡大部分２０６は、図７において実線で示すガン１０２により図示されるようにコーティング材料がほぼ９０度で基材に衝突するように位置付けることができる。これは、ノズル２０２の長さが基材内の開口により設けられたクリアランスを超える可能性がある閉鎖した小区域に含まれる、基材上の様々な場所において有用である。このような閉鎖した又は密閉区域において、曲げ部がない場合には、ノズルの端部には、基材に対してほぼ９０度の角度以外の角度で提供されることになり（図７において破線出示すガン１０２により図示されるように）、これにより、コーティング材料が基材に効果的には結合されず、影響を受ける領域に堆積される材料が少なくなるので、スプレーガンの効率が低下することになる。

延長部分２０４は、縮小拡大部分２０６及び角度又は曲げ部２１４と一体化され、単体構造の単一部品ノズル２０２を形成することができ、ここでノズルはスプレー側に向かって曲げられる。或いは、延長部分２０４及び／又は曲げ部２１４及び／又は縮小拡大部分２０６は、別個の部品として形成されて何らかの公知の方法で共に接合することができる。加えて、角度又は曲げ部２１４は、必要とされる角度を形成する単一部品又は複数部品とすることができる。ノズル２０２は、円筒形又は矩形の何れかであり、或いは、コーティング材料が適切に加速される限りは他のあらゆる断面形状を有することができる。

作動中、スプレーガン組立体２００は、プロセス入口２１０を介してプロセスガスを受け取り、粒体又は粉体入口２１２を介してコーティング材料を受け取る。コーティング材料は、ノズル２０２の延長部分２０４においてプロセスガスに導入される。或いは、コーティング材料はまた、ノズル２０２の縮小拡大部分２０６に導入してもよく、これにより拡大部の背圧が上流側で主としてある圧力よりも小さいときに、低圧の粉体送給装置を使用することが可能になる。ガス流と粒体又は粒子、或いはコーティング材料とプロセスガスとの混合物は、縮小拡大部分２０６を通って移動する。コーティング材料とプロセスガスは、加速速度で縮小拡大部分２０６及びノズル２０２から流出し、粒体は、基材又は物品の表面上に堆積される。ノズル２０２は、スプレー側に角度を持たない従来の直線状ノズルがアクセスできない閉鎖区域とすることができる場所にスプレーするよう位置付けることができる。

図３は、ノズル３０２を有するスプレーガン組立体３００の代替の例示的な実施形態の部分切り欠き側面図を示す。ノズル３０２は、材料受入部分又は縮小拡大部分３０６と、吐出部分又は延長部分３０４とを有する。図３に示す実施形態において、縮小拡大部分３０６は、組立体３００の主本体部分３０８のプリチャンバ３０３から延びて、該縮小拡大部分３０６がプロセス入口３１０を介してプロセスガスを受け取り、粉体入口３１２を介してコーティング材料を受け取るようになる。図３に示すように、送給管３０５は、粉体入口３１２から直接縮小拡大部分３０６の縮小部に延びている。或いは、送給管３０５は、拡大部に延びることができる。延長部分３０４は、縮小拡大部分３０６に取り付けられる角度部分又は曲げ部３１４から延びて、延長部分３０４の長手方向軸線が縮小拡大部分３０６の長手方向軸線に対して角度がつけられるようになる。

角度又は曲げ部３１４により、ノズル３０２を用いて内部区域及び閉鎖スペース（例えば、ガスタービンの移行部品、ＩＣエンジンのシリンダ、その他）にコールドスプレーを施工することが可能になる。図３に示す実施形態は、９０度の角度又は曲げ部を有するが、角度又は曲げ部３１４は、縮小拡大部分３０６の長手方向軸線に対して、約０度から約１８０度、より具体的には約３０度から約１５０度、更に具体的には約６０度から約１２０度、また更に具体的には約７５度から約１０５度の範囲にわたることができる。従って、ノズル３０２は、スプレー側に角度を持たない従来の直線状ノズルがアクセスできない閉鎖区域とすることができる場所にスプレーするよう位置付けることができる。縮小拡大部分３０６に対して延長部分３０４に角度をつけることによって、延長部分３０４は、コーティング材料がほぼ９０度で基材に衝突するように位置付けることができる。これは、ノズル３０２の長さが基材内の開口により設けられたクリアランスを超える可能性がある閉鎖した小区域に含まれる、基材上の様々な場所において有用である。このような閉鎖した又は密閉区域において、曲げ部がない場合には、ノズルの端部には、基材に対してほぼ９０度の角度以外の角度で提供されなければならず、これにより、コーティング材料が基材に効果的には結合されず、影響を受ける領域に堆積される材料が少なくなるので、スプレーガン３００の効率が低下する。

縮小拡大部分３０６は、延長部分３０４及び角度又は曲げ部３１４と一体化され、単体構造の単一部品ノズル３０２を形成することができ、ここでノズルはスプレー側に向かって曲げられる。或いは、縮小拡大部分３０６及び／又は曲げ部３１４及び／又は延長部分３０４は、別個の部品として形成されて何らかの公知の方法で共に接合することができる。加えて、角度又は曲げ部３１４は、必要とされる角度を形成する単一部品又は複数部品とすることができる。ノズル３０２は、円筒形又は矩形の何れかであり、或いは、コーティング材料が適切に加速される限りは他のあらゆる断面形状を有することができる。

作動中、スプレーガン組立体３００は、プロセス入口３１０を介してプロセスガスを受け取り、粉体入口３１２を介してコーティング材料を受け取る。コーティング材料は、ノズル３０２の縮小拡大部分３０６においてプロセスガスに導入されて加速される。コーティング材料の粒体とプロセスガスとの混合物は、延長部分３０４を通って移動する。コーティング材料とプロセスガスは、延長部分３０４及びノズル３０２から流出し、粒体は、基材又は物品の表面上に堆積される。ノズル３０２は、スプレー側に角度を持たない従来の直線状ノズルがアクセスできない閉鎖区域とすることができる場所にスプレーするよう位置付けることができる。

図４は、ノズル４０２を有するスプレーガン組立体４００の別の例示的な実施形態の部分切り欠き側面図を示す。ノズル４０２は、材料受入部分又は延長部分４０４と、吐出部分又は縮小拡大部分４０６とを有する。図４に示す実施形態において、延長部分４０４は、組立体４００の主本体部分４０８のプリチャンバ４０３から延びて、該延長部分４０４がプロセス入口４１０を介してプロセスガスを受け取り、粉体入口４１２を介してコーティング材料を受け取るようになる。図４に示すように、送給管４０５は、粉体入口４１２から直接縮小拡大部分４０６の縮小部に延びている。或いは、送給管４０５は、拡大部に延びることができる。縮小拡大部分４０６は、延長部分４０４に取り付けられる角度部分又は曲げ部４１４から延びて、縮小拡大部分４０６の長手方向軸線が延長部分４０４の長手方向軸線に対して角度がつけられるようになる。

この実施形態において、インラインガスヒータ４２０が延長部分４０４に設けられ、プロセスガスを加熱することができる。空気入口４２２が縮小拡大部分４０６及び延長部分４０４の周囲付近に設けられ、空気入口４２２は、コーティングが基材に施工されるときに空気を基材及びコーティング材料に提供する。

角度又は曲げ部４１４により、ノズル４０２を用いて内部区域及び閉鎖スペース（例えば、ガスタービンの移行部品、ＩＣエンジンのシリンダ、その他）にコールドスプレーを施工することが可能になる。図４に示す実施形態は、約４５度の角度又は曲げ部を有するが、角度又は曲げ部４１４は、延長部分４０４の長手方向軸線に対して、約０度から約１８０度、より具体的には約３０度から約１５０度、更に具体的には約６０度から約１２０度、また更に具体的には約７５度から約１０５度の範囲にわたることができる。従って、ノズル４０２は、スプレー側に角度を持たない従来の直線状ノズルがアクセスできない閉鎖区域とすることができる場所にスプレーするよう位置付けることができる。延長部分４０４に対して縮小拡大部分４０６に角度をつけることによって、縮小拡大部分４０６は、コーティング材料がほぼ９０度で基材に衝突するように位置付けることができる。これは、ノズル４０２の長さが基材内の開口により設けられたクリアランスを超える可能性がある閉鎖した小区域に含まれる、基材上の様々な場所において有用である。このような閉鎖した又は密閉区域において、曲げ部がない場合には、ノズルの端部には、基材に対してほぼ９０度の角度以外の角度で提供されることになり、これにより、コーティング材料が基材に効果的には結合されず、影響を受ける領域に堆積される材料が少なくなるので、スプレーガンの効率が低下することになる。

ノズルは、プロセス入口４１０及び粉体入口４１２を含めるように単一部品で形成することができる。或いは、ノズル４０２は、シース内に囲むことができ、又は、ノズル４０２は、長さ全体にわたってプロセスガス及び粉体送給チャンネルを形成する管状セクションを含むことができる。ノズル４０２は、円筒形又は矩形の何れかであり、或いは、コーティング材料が適切に加速される限りは他のあらゆる断面形状を有することができる。

作動中、スプレーガン組立体４００は、プロセス入口４１０を介してプロセスガスを受け取り、粉体入口４１２を介してコーティング材料を受け取る。コーティング材料は、ノズル４０２の延長部分４０４においてプロセスガスに導入され、ヒータ４２０により加熱される。コーティング材料とプロセスガスとの混合物は、縮小拡大部分４０６を通って移動する。コーティング材料とプロセスガスは、加速速度で縮小拡大部分４０６及びノズル４０２から流出し、コーティング材料の粒体が基材又は物品の表面上に堆積される。空気がノズル４０２の空気入口４２２を通って供給され、基材及びコーティング材料を冷却する。ノズル４０２は、スプレー側に角度を持たない従来の直線状ノズルがアクセスできない閉鎖区域とすることができる場所にスプレーするよう位置付けることができる。

図５は、ノズル５０２を有するスプレーガン組立体５００の別の例示的な実施形態の部分切り欠き側面図を示す。ノズル５０２は、材料受入部分又は第１の延長部分５０４、縮小拡大部分５０６、及び吐出部分又は第２の延長部分５０７を有する。図５に示す実施形態において、第１の延長部分５０４は、組立体５００の主本体部分５０８のプリチャンバ５０３から延びて、該第１の延長部分５０４がプロセス入口５１０を介してプロセスガスを受け取り、粉体入口５１２を介してコーティング材料を受け取るようになる。図５に示すように、送給管５０５は、粉体入口５１２から直接縮小拡大部分５０６の縮小部に延びている。或いは、送給管５０５は、拡大部に延びることができる。縮小拡大部分５０６は、第１の延長部分５０４から延びる。第１の延長部分５０４の長手方向軸線及び縮小拡大部分５０６は、基本的に整列されている。第２の延長部分５０７は、縮小拡大部分５０６に取り付けられる角度部分又は曲げ部５１４から延びて、第２の延長部分５０７の長手方向軸線が縮小拡大部分５０６の長手方向軸線に対して角度がつけられるようになる。

この実施形態において、プロセスガスを加熱するために、インラインガスヒータ５２０が第１の延長部分５０４に設けられる。空気入口５２２が、第１の延長部分５０４、縮小拡大部分５０６及び第２の延長部分５０４の周囲付近に設けられ、該空気入口５２２は、コーティングが基材に施工されるときに空気を基材及びコーティング材料に提供する。プロセスガスが加熱され且つプロセス要件により基材／コーティング温度を低く抑えなければならない一部の状況では、基材／コーティングの冷却が必要となる場合がある。

角度又は曲げ部５１４により、ノズル５０２を用いて内部区域及び閉鎖スペース（例えば、ガスタービンの移行部品、ＩＣエンジンのシリンダ、その他）にコールドスプレーを施工することが可能になる。図５に示す実施形態は、約４５度の角度又は曲げ部を有するが、角度又は曲げ部５１４は、延長部分５０４の長手方向軸線に対して、約０度から約１８０度、より具体的には約３０度から約１５０度、更に具体的には約６０度から約１２０度、また更に具体的には約７５度から約１０５度の範囲にわたることができる。従って、ノズル５０２は、スプレー側に角度を持たない従来の直線状ノズルがアクセスできない閉鎖区域とすることができる場所にスプレーするよう位置付けることができる。縮小拡大部分５０６に対して第２の延長部分５０７に角度をつけることによって、第２の延長部分５０７は、コーティング材料がほぼ９０度で基材に衝突するように位置付けることができる。これは、ノズル５０２の長さが基材内の開口により設けられたクリアランスを超える可能性がある閉鎖した小区域に含まれる、基材上の様々な場所において有用である。このような閉鎖した又は密閉区域において、曲げ部がない場合には、ノズルの端部には、基材に対してほぼ９０度の角度以外の角度で提供され、これにより、コーティング材料が基材に効果的には結合されず、影響を受ける領域に堆積される材料が少なくなるので、スプレーガンの効率が低下する。

ノズルは、プロセス入口５１０及び粉体入口５１２を含めるように単一部品で形成することができる。或いは、ノズル５０２は、シース内に囲むことができ、又は、ノズル５０２は、長さ全体にわたってプロセスガス及び粉体送給チャンネルを形成する管状セクションを含むことができる。ノズル５０２は、円筒形又は矩形の何れかであり、或いは、コーティング材料が適切に加速される限りは他のあらゆる断面形状を有することができる。

作動中、スプレーガン組立体５００は、プロセス入口５１０を介してプロセスガスを受け取り、粉体入口５１２を介してコーティング材料を受け取る。コーティング材料は、ノズル５０２の延長部分５０４においてプロセスガスに導入され、ヒータ５２０により加熱される。コーティング材料は、ノズル５０２の縮小拡大部分５０６においてプロセスガスに導入されて加速される。コーティング材料とプロセスガスとの混合物は、延長部分５０４を通って移動する。コーティング材料とプロセスガスは、第２の延長部分５０７及びノズル５０２から流出し、コーティング材料の粒体が基材又は物品の表面上に堆積される。空気がノズル５０２の空気入口５２２を通って供給され、基材及びコーティング材料を冷却する。ノズル５０２は、スプレー側に角度を持たない従来の直線状ノズルがアクセスできない閉鎖区域とすることができる場所にスプレーするよう位置付けることができる。

図６は、ノズル６０２を有するスプレーガン組立体６００の別の例示的な実施形態の部分切り欠き側面図を示す。ノズル６０２は、材料受入部分又は延長部分６０４、回転部分６０５、及び吐出部分又は縮小拡大部分６０６を有する。図６に示す実施形態において、延長部分６０４は、組立体６００の主本体部分６０８のプリチャンバ６０３から延びて、該延長部分６０４がプロセス入口６１０を介してプロセスガスを受け取り、粉体入口６１２を介してコーティング材料を受け取るようになる。或いは、プロセス入口及び粉体入口を延長部分６０４に直接提供し、延長部分６０４をプリチャンバとして機能させるようにすることができる。回転部分又はカラー６０５は延長部分６０４から延びる。縮小拡大部分６０６は回転部分６０５から延びる。縮小拡大部分６０６は、延長部分６０４に対して傾斜して又は湾曲して延びる。回転部分６０５は、スプーリ／カラー構成又は他の公知の構成を用いて、延長部分６０４に対して（矢印Ａで示すように）完全な円回転すなわち３６０度で、より具体的には１８０度で、更により具体的には６０度で、また更に具体的には約３０度で独立して回転することができるように延長部分６０４に装着される。縮小拡大部分６０６は、回転部分６０５に固定して装着することができ、或いは、回転部分６０５に枢動可能に装着され、縮小拡大部分６０６が回転部分６０５に対して枢動できるようにする。図示の実施形態において、第２の延長部分６０７が縮小拡大部分６０６から延びている。第２の延長部分６０７は、縮小拡大部分６０６に固定して装着することができ、或いは、縮小拡大部分６０６に枢動可能に装着され、第２の延長部分６０７が小拡大部分６０６に対して枢動できるようにする（矢印Ｂで示す）。

ノズル６０２の部品の相対移動によって、ノズル６０２を用いて内部区域及び閉鎖スペース（例えば、ガスタービンの移行部品、ＩＣエンジンのシリンダ、その他）にコールドスプレーを施工することが可能になる。図６に示す実施形態は、延長部分６０４に対して９０度の角度の縮小拡大部分６０６を示しているが、該角度は、延長部分６０４の長手方向軸線に対して、約０度から約１８０度、より具体的には約３０度から約１５０度、更に具体的には約６０度から約１２０度、また更に具体的には約７５度から約１０５度の範囲にわたることができる。従って、ノズル６０２は、スプレー側に角度を持たない従来の直線状ノズルがアクセスできない閉鎖区域とすることができる場所にスプレーするよう位置付けることができる。ノズル６０２は、円筒形又は矩形の何れかであり、或いは、コーティング材料が適切に加速される限りは他のあらゆる断面形状を有することができる。縮小拡大部分６０６を移動可能にすることによって、縮小拡大部分は、コーティング材料がほぼ９０度で基材に衝突するように位置付けることができる。これは、ノズル６０２の長さが基材内の開口により設けられたクリアランスを超える可能性がある閉鎖した小区域に含まれる、基材上の様々な場所において有用である。このような閉鎖した又は密閉区域において、曲げ部がない場合には、ノズルの端部には、基材に対してほぼ９０度の角度以外の角度で提供されることになり、これにより、コーティング材料が基材に効果的には結合されず、影響を受ける領域に堆積される材料が少なくなるので、スプレーガンの効率が低下することになる。

作動中、スプレーガン組立体６００は、プロセス入口６１０を介してプロセスガスを受け取り、粉体入口６１２を介してコーティング材料を受け取る。コーティング材料は、ノズル６０２の延長部分６０４においてプロセスガスに導入される。プロセスガスは、回転部分６０５及び縮小拡大部分６０６を通って移動される。コーティング材料は、縮小拡大部分の縮小部において送給管６０５を介してガス流に注入される。コーティング材料とプロセスガスは、加速速度で縮小拡大部分６０６及びノズル６０２から流出し、コーティング材料の粒体が基材又は物品の表面上に堆積される。ノズル６０２は、スプレー側に角度を持たない従来の直線状ノズルがアクセスできない閉鎖区域とすることができる場所にスプレーするよう位置付けることができる。

図６は、縮小拡大部分が回転部分の後に位置付けられるノズルを示しているが、縮小拡大部分は、回転部分の前を含む、他の場所に位置付けることができる。加えて、図６に示すノズルは、インラインヒータ、空気入口、及び他の特徴要素を含むことができる。

実施形態の何れかにおいて、ノズルは、温度及び圧力センサライン、及びこのようなセンサ接続部のためのケーブルを保持する管体を含むことができる。センサは、センサ接続部に取り付けることができ、適切な温度及び圧力測定を可能にするようなノズル内の様々な位置に配置することができる。

ノズルの端部に延長アタッチメントを設けることができる。アタッチメントは、長さが２メートル、より具体的には１メートル、更に具体的には０．５メートルなど、部品が必要としている長さで作ることができる。これは、長い管状部品のコーティングを可能にすることになる。アタッチメントを通るコーティング材料の流れが、層流作用を流れにもたらすであろう。１つの実施形態において、延長アタッチメントは、吐出端部の半径方向軸線に沿って回転されて、所望の通りコーティング材料を堆積できるように、吐出端部に取り付けることができる。

本明細書で説明され請求項に記載されるキネティックスプレーで用いるためのノズル及び方法は、閉鎖区域、部品の内部区域、及び公知のノズルを用いて到達するのが難しい他の区域の表面にコーティング材料を施工できるようにする。これにより、コールドスプレー技法を用いて表面及び基材を均一にコーティングすることが可能になる。このようなコーティングの利点には、限定ではないが、部品の寿命の改善、タービン内の高温の使用を可能にすることが含まれる。加えて、低品質燃料を使用することによって生じる腐食及び浸食問題を軽減するために好適なコーティングを施工できる場合には、低品質燃料（及び高水分燃料）を用いることができる。

本明細書は好ましい実施形態を参照したが、請求項によって定義された特許保護される範囲から逸脱することなく、種々の変更及び修正を行うことができ、また、その要素を均等物で置き換えることができる点は、当業者であれば理解されるであろう。従って、特許保護される範囲は、本開示を実施するよう企図される最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、他の実施形態は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本請求項の範囲内にあるものとする。

１００ コールドスプレーシステム
１０２ スプレーガン
１０４ 粉体送給機
１０６ 制御ユニット
１０８ 熱源
１１２ ガスヒータ
１１４ 粉体管路
１１６ ガス管路
１１８ センサライン
１２０ 制御ライン

Claims (20)

1. 基材にコーティング材料を施工するためのノズルであって、
   コーティング材料を放出するよう動作可能な吐出部分と、
   原材料を受け取るように動作可能な材料受入部分と
   を備えており、前記吐出部分が前記材料受入部分から角度がつけられ、前記コーティング材料が前記吐出部分から吐出されて前記基材の領域に衝突し且つ結合されていて、コーティング材料を任意の位置で施工するように吐出部分を位置付けることができる、ノズル。
2. 前記ノズルが、前記材料受入部分と、角度部分と、吐出部分とを有する、請求項１記載のノズル。
3. 前記材料受入部分が、前記コーティング材料を加速させる縮小拡大部分を有する、請求項２記載のノズル。
4. 前記吐出部分が、前記コーティング材料を加速させる縮小拡大部分を有する、請求項２記載のノズル。
5. 前記吐出部分の長手方向軸線が、前記材料受入部分の長手方向軸線に対して約０度から約１８０度角度がつけられている、請求項２記載のノズル。
6. 前記ノズルが、貫通して移動するガスを加熱するために設けられたインラインヒータを有する、請求項２記載のノズル。
7. 前記ノズルには空気入口が設けられており、これにより該空気入口が空気を提供して、コーティング材料が施工される表面を冷却する、請求項２記載のノズル。
8. 前記吐出部分上にアタッチメントが設けられ、該アタッチメントを通る前記コーティング材料の流れが層流作用をもたらす、請求項２記載のノズル。
9. 前記ノズルが、前記材料受入部分と、回転部分と、前記吐出部分とを有する、請求項１記載のノズル。
10. 前記回転部分及び前記吐出部分が、前記材料受入部分の長手方向軸線に対して約０度から３６０度の間で回転可能である、請求項９記載のノズル。
11. 前記吐出部分が、前記回転部分に枢動可能に取り付けられ、これにより前記ノズルの吐出部分が前記基材の閉鎖区域内に位置付けることができる、請求項９記載のノズル。
12. 前記吐出部分に延長アタッチメントが取り付けられ、該延長アタッチメントが、前記吐出部分の半径方向軸線に沿って回転することができ、これにより前記コーティング材料を所望の通り堆積できる、請求項１記載のノズル。
13. 前記ノズルには１以上のセンサ接続部が設けられる、請求項１記載のノズル。
14. キネティックプロセスによって基材にコーティング材料を施工する方法であって、
    ノズルの材料受入部分に原材料を供給する段階と、
    前記原材料を混合してコーティング材料を形成する段階と、
    前記コーティング材料を加速する段階と、
    前記コーティング材料を前記材料受入部分の長手方向軸線に対してある角度で前記ノズルの吐出部分から吐出する段階と
    を含んでいて、前記基材の任意の位置で前記コーティング材料を施工するよう前記ノズルの吐出部分を位置付けることができる、方法。
15. 前記ノズルの曲げ部の前で前記コーティング材料を加速する段階を更に含む、請求項１４記載の方法。
16. 前記ノズルの曲げ部の後で前記コーティング材料を加速する段階を更に含む、請求項１４記載の方法。
17. 前記ノズルにおいて前記ガス流を加熱する段階を更に含む、請求項１４記載の方法。
18. 前記材料受入部分に対して前記ノズルの吐出部分を回転させ、これにより前記ノズルの吐出部分を前記基材の閉鎖区域内に位置付けることができる段階を更に含む、請求項１４記載の方法。
19. 前記ノズルの吐出部分にアタッチメントを取り付ける段階と、
    前記ノズルの吐出部に対して前記アタッチメントを回転させる段階と
    を更に含み、これにより前記アタッチメントを前記基材の閉鎖区域内に位置付けることができる、請求項１４記載の方法。
20. 基材にコーティング材料を施工するためのキネティックスプレーコーティングガンであって、材料受入部分とノズル吐出部分とを有するノズルを備え、前記ノズル吐出部分が前記コーティング材料を放出するよう動作可能であり、前記ノズル吐出部分の長手方向軸線が、前記材料受入部分の長手方向軸線に対して角度がつけられて、前記コーティング材料を前記基材の領域と衝突させて接合するようにし、これにより前記基材の任意の位置に前記コーティング材料を施工するよう前記吐出部分を位置付けることができる、キネティックスプレーコーティングガン。