JP2021065849A - コールドスプレー用ノズル - Google Patents

Abstract

【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

Description

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。

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）。

特開２００９−６３２号公報

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。

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。

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。

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。

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１のバルブ周辺を示す断面図である。 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３のノズルを示す縦断面図である。 （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４の冷却ジャケットを示す縦断面図である。 図４のノズル本体を示す縦断面図である。 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。 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。 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。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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／ｍ^２Ｋ）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (8)

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。

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